JPH02264838A - 容量型圧力センサ及び寄生容量を測定値から除去する方法 - Google Patents
容量型圧力センサ及び寄生容量を測定値から除去する方法Info
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- JPH02264838A JPH02264838A JP2000195A JP19590A JPH02264838A JP H02264838 A JPH02264838 A JP H02264838A JP 2000195 A JP2000195 A JP 2000195A JP 19590 A JP19590 A JP 19590A JP H02264838 A JPH02264838 A JP H02264838A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
-
- G—PHYSICS
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、静電容量変動を利用して圧力変動を検出す
る圧力センサに係り、より詳細には、負荷される圧力の
変化により湾曲変位するシリコンガラス−シリコン（ｓ
ｉｌｉｃｏｒ、−ｇｌａｓｓｓｉｌｉｃｏｎ）型ダイヤ
フラムを用いてセンサ容量を変化させ、この静電容量変
化により負荷された圧力を測定する圧力センサに関する
。また、さらに詳細には、この発明は、上記圧力センサ
において生じる長期間のドリフト、及び圧力に対して非
感応性の寄生容量を最小限に抑えることが可能な圧力セ
ンナに関する。
る圧力センサに係り、より詳細には、負荷される圧力の
変化により湾曲変位するシリコンガラス−シリコン（ｓ
ｉｌｉｃｏｒ、−ｇｌａｓｓｓｉｌｉｃｏｎ）型ダイヤ
フラムを用いてセンサ容量を変化させ、この静電容量変
化により負荷された圧力を測定する圧力センサに関する
。また、さらに詳細には、この発明は、上記圧力センサ
において生じる長期間のドリフト、及び圧力に対して非
感応性の寄生容量を最小限に抑えることが可能な圧力セ
ンナに関する。
［従来の技術］
容量型圧力センサは、従来より知られており、容量型ト
ランスデユーサ、マイクロホン、ラブチャディスク、共
振器、バイブレータ等に用いられている。これらの装置
に圧力センサを適用するに際しては、通常、圧力センサ
を相当に小型化することが要求されており、例えば、約
８ミリメータ四方（８ｍｍ ｘ ８ｍｒｎ）程度の
ものが要求されている。
ランスデユーサ、マイクロホン、ラブチャディスク、共
振器、バイブレータ等に用いられている。これらの装置
に圧力センサを適用するに際しては、通常、圧力センサ
を相当に小型化することが要求されており、例えば、約
８ミリメータ四方（８ｍｍ ｘ ８ｍｒｎ）程度の
ものが要求されている。
このように小型な圧力センサとして、シリコンから成る
容量型圧カドランスデューサが知られている。
容量型圧カドランスデューサが知られている。
米国特許第３，６３４．’１２７号に開示されるシリコ
ン容量型圧カドランスデューサにおいては、中心に開口
部を有する一対の導電性シリコンプレートが共晶金属ボ
ンドにより接続されている。シリコンプレートは、負荷
される流体圧力により湾曲変位して上記開口部間の容量
を変化させ、圧力の大きさを示す容量信号を生起する。
ン容量型圧カドランスデューサにおいては、中心に開口
部を有する一対の導電性シリコンプレートが共晶金属ボ
ンドにより接続されている。シリコンプレートは、負荷
される流体圧力により湾曲変位して上記開口部間の容量
を変化させ、圧力の大きさを示す容量信号を生起する。
従って、この種の圧カドランスデューサは、負荷される
圧力によりダイヤフラムとして機能するシリコンプレー
トをたわませ、この流体圧力の関数としてのシリコンプ
レートのたわみにより、シリコンプレート間の距離を変
化させ、シリコンプレートを可変コンデンサの電極板と
して機能させることにより負荷される圧力を測定するよ
うに構成されている。
圧力によりダイヤフラムとして機能するシリコンプレー
トをたわませ、この流体圧力の関数としてのシリコンプ
レートのたわみにより、シリコンプレート間の距離を変
化させ、シリコンプレートを可変コンデンサの電極板と
して機能させることにより負荷される圧力を測定するよ
うに構成されている。
容量型圧力センナ又はトランスデユーサの他の例として
、本件出願人所有に係る米国特許第４゜５３０．０２９
号、同第４，５１７，６２２号、同第４，５１３，３４
８号、同第４，４６７．３９４号、同第４，４６３，３
３６号、同第４，４１５．９４８号及び同第４，４０５
，９７０号等に開示された構成のものかあ、す、上記シ
リコン圧力センサ又はトランスデユーサの他の構成もま
た開示されている。
、本件出願人所有に係る米国特許第４゜５３０．０２９
号、同第４，５１７，６２２号、同第４，５１３，３４
８号、同第４，４６７．３９４号、同第４，４６３，３
３６号、同第４，４１５．９４８号及び同第４，４０５
，９７０号等に開示された構成のものかあ、す、上記シ
リコン圧力センサ又はトランスデユーサの他の構成もま
た開示されている。
しかしながら、例えば、精度要求レベルの高い航空宇宙
技術等に上記容量型圧力センサを用いる場合、要求され
る高感度性及び正確性を損なうこととなる長期間のドリ
フト及び寄生容量が問題となる。
技術等に上記容量型圧力センサを用いる場合、要求され
る高感度性及び正確性を損なうこととなる長期間のドリ
フト及び寄生容量が問題となる。
第１Δ図及び第１図に示すシリコン−ガラスシリコン型
の容量型圧力センナにおいて、環状ガラス部材１６は、
従来のセンサ構成上の必須要素である一方、測定される
圧力変化に対して変化しない静電容量を発生させる要因
でもある。この圧力変化に対して変化しない静電容量は
、圧力変化に対して変化する静電容量に付加され、その
総量がセンサ容量となるため、センサのダイナミックレ
ンジを小さくするとともに、圧力変化に対するセンサの
応答性を損なうこととなる。
の容量型圧力センナにおいて、環状ガラス部材１６は、
従来のセンサ構成上の必須要素である一方、測定される
圧力変化に対して変化しない静電容量を発生させる要因
でもある。この圧力変化に対して変化しない静電容量は
、圧力変化に対して変化する静電容量に付加され、その
総量がセンサ容量となるため、センサのダイナミックレ
ンジを小さくするとともに、圧力変化に対するセンサの
応答性を損なうこととなる。
また、ガラスに固有である長期間に亘る比誘電率の不安
定性のため、その寄生容量により長期間に亘るドリフト
が発生する。圧力センサに要求される上記高感度性及び
正確性を実現するためには、このドリフトを減少させる
か、又は、これを補償しなくてはならない。
定性のため、その寄生容量により長期間に亘るドリフト
が発生する。圧力センサに要求される上記高感度性及び
正確性を実現するためには、このドリフトを減少させる
か、又は、これを補償しなくてはならない。
このドリフトを減少させる方法として、３個のターミナ
ル（３枚のプレート）を用いた圧力センサが米国特許第
４．４６７．３９４号に開示されている。この圧力セン
サを適切な測定回路と接続することにより、測定値から
寄生容量を除去し、上記ドリフト及び不安定性を除去す
ることが可能となる。具体的には、第２図に示すように
、第３のプレートとしての金属プレート１２０が、ガラ
スシールリング１１６、シリコンダイヤフラム【１１及
びシリコンベース１１２により画成された基準室１１４
内に配された構成となっている。しかしながら、その構
造が非平面的となるため、基準室１１４の気密性確保に
問題が生じる。加えて、第３のプレートして選択された
金属の種類により、化学的エツチングによる形状成形に
問題が生じる。
ル（３枚のプレート）を用いた圧力センサが米国特許第
４．４６７．３９４号に開示されている。この圧力セン
サを適切な測定回路と接続することにより、測定値から
寄生容量を除去し、上記ドリフト及び不安定性を除去す
ることが可能となる。具体的には、第２図に示すように
、第３のプレートとしての金属プレート１２０が、ガラ
スシールリング１１６、シリコンダイヤフラム【１１及
びシリコンベース１１２により画成された基準室１１４
内に配された構成となっている。しかしながら、その構
造が非平面的となるため、基準室１１４の気密性確保に
問題が生じる。加えて、第３のプレートして選択された
金属の種類により、化学的エツチングによる形状成形に
問題が生じる。
［発明が解決しようとする課題］
そこで、本発明のｌ」的は、上記圧力変化に感応しない
静電界Ｍによる上記問題点を、従来技術において述べた
付加的問題点を生起することなく克服することにある。
静電界Ｍによる上記問題点を、従来技術において述べた
付加的問題点を生起することなく克服することにある。
［課題を解決するための手段］
上記及び−上記以外の目的を達成するために、本発明の
第１の構成によれば、 容量型圧力センサであって、 第１の静電容量プレートを形成する導電性ベースと、 第２の静電容量プレートを形成するとともに、測定され
る圧力が負荷される外側面を有し、該外側面に負荷され
る前記圧力の変化に応じて湾曲変位可能な導電性、可撓
性及び弾性を有するダイヤフラムと、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に配され、前記ベース
の外縁部と前記ダイヤフラムの外縁部とを連結するスペ
ーサを形成する非導電性の誘電体層と、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に形成され、前記スペ
ーサにより閉塞されるとともに真空排気される基準室と
、 第３の静電容量プレートを形成するとともに、前記スペ
ーサ内に前記ベース及び前記ダイヤフラムから離間して
配される導電性プレートから成り、前記ダイヤフラムの
外側面に負荷される圧力の変化により前記ダイヤフラム
が湾曲変位して前記センサの静電容量を変化させる一方
、面記第３の静電容量プレートが前記基準室の外部にお
いて前記基準室を包囲して配される、 ことを特徴とする容量型圧力センサが提供される。
第１の構成によれば、 容量型圧力センサであって、 第１の静電容量プレートを形成する導電性ベースと、 第２の静電容量プレートを形成するとともに、測定され
る圧力が負荷される外側面を有し、該外側面に負荷され
る前記圧力の変化に応じて湾曲変位可能な導電性、可撓
性及び弾性を有するダイヤフラムと、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に配され、前記ベース
の外縁部と前記ダイヤフラムの外縁部とを連結するスペ
ーサを形成する非導電性の誘電体層と、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に形成され、前記スペ
ーサにより閉塞されるとともに真空排気される基準室と
、 第３の静電容量プレートを形成するとともに、前記スペ
ーサ内に前記ベース及び前記ダイヤフラムから離間して
配される導電性プレートから成り、前記ダイヤフラムの
外側面に負荷される圧力の変化により前記ダイヤフラム
が湾曲変位して前記センサの静電容量を変化させる一方
、面記第３の静電容量プレートが前記基準室の外部にお
いて前記基準室を包囲して配される、 ことを特徴とする容量型圧力センサが提供される。
また、本発明の第二の構成によれば、
導電性ベースと、
測定される圧力が負荷される外側面を有し、該外側面に
負荷される前記圧力の変化に応じて湾曲変位可能な導電
性ダイヤフラムと、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に配され、前記ベース
の外縁部と前記ダイヤフラムの外縁部とを連結するスペ
ーサを形成する非導電性の誘電体層と、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に形成され、ｒｉｉ７
記スペ記号ペーサ閉塞されるとともに真空排気される基
準室とを存し、 前記ダイヤフラムの外側面に負荷される圧力の変化によ
り前記ダイヤフラムが湾曲変位して静電容量を変化させ
る容量型圧力センサの出力から寄生容量を除去する方法
であって、 導電性プレートを、前記スペーサ内に前記ベース及び前
記ダイヤフラムから離間して、且つ、前記基準室の外部
において前記基準室を包囲するように設ける、 ことを特徴とする容量型圧力センサの出力から寄生容量
を除去する方法が提供される。
負荷される前記圧力の変化に応じて湾曲変位可能な導電
性ダイヤフラムと、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に配され、前記ベース
の外縁部と前記ダイヤフラムの外縁部とを連結するスペ
ーサを形成する非導電性の誘電体層と、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に形成され、ｒｉｉ７
記スペ記号ペーサ閉塞されるとともに真空排気される基
準室とを存し、 前記ダイヤフラムの外側面に負荷される圧力の変化によ
り前記ダイヤフラムが湾曲変位して静電容量を変化させ
る容量型圧力センサの出力から寄生容量を除去する方法
であって、 導電性プレートを、前記スペーサ内に前記ベース及び前
記ダイヤフラムから離間して、且つ、前記基準室の外部
において前記基準室を包囲するように設ける、 ことを特徴とする容量型圧力センサの出力から寄生容量
を除去する方法が提供される。
［作 用コ
本発明においては、第３プレートを圧力センサの基準室
内ではなくその外部に設ける構成としたため、第３プレ
ートを外部回路と接続するための開口部を基準室を画成
するスペーサに設ける必要がなく、この結果、当該開口
部におけるシーリング処理を省くことが可能となる。
内ではなくその外部に設ける構成としたため、第３プレ
ートを外部回路と接続するための開口部を基準室を画成
するスペーサに設ける必要がなく、この結果、当該開口
部におけるシーリング処理を省くことが可能となる。
［実 施 例］
本発明の実施例に係る容量型圧力センサの構成及びその
作動内容の理解を容易にするために、従来の２プレート
容量型圧カセンサにつき第１Ａ図及び第１図を参照して
説明し、従来の３プレート容量型圧力センサにつき第２
図を参照して説明する。
作動内容の理解を容易にするために、従来の２プレート
容量型圧カセンサにつき第１Ａ図及び第１図を参照して
説明し、従来の３プレート容量型圧力センサにつき第２
図を参照して説明する。
第１Ａ図及び第１図において、従来のシリコンガラス−
シリコン型の圧力センサ又はトランスデユーサ１０が示
されている。ホウケイ酸ガラスより形成される誘電体ス
ペーサ１３がシリコンダイヤフラムＩＩ及びシリコンベ
ース１２間に配されている。
シリコン型の圧力センサ又はトランスデユーサ１０が示
されている。ホウケイ酸ガラスより形成される誘電体ス
ペーサ１３がシリコンダイヤフラムＩＩ及びシリコンベ
ース１２間に配されている。
誘電体スペーサ１３の肉厚部Ｉ６と、シリコンダイヤフ
ラム１１及びシリコンベース１２との当接面における容
ｒ４は全体の約５０％を占め、本実施例においては、こ
の寄生容量Ｃｐを除去し又は最小限に抑える。
ラム１１及びシリコンベース１２との当接面における容
ｒ４は全体の約５０％を占め、本実施例においては、こ
の寄生容量Ｃｐを除去し又は最小限に抑える。
第１Ａ図に示すように、この圧力センサ１０は、その外
形において略直方体形状を有する一方、その内部におけ
る作動部ＣＣの形状は円形又は円筒形であることが好ま
しい。
形において略直方体形状を有する一方、その内部におけ
る作動部ＣＣの形状は円形又は円筒形であることが好ま
しい。
圧力センサ１０は、略正方形の適切にドープ処理された
導電性且つ可撓性を有するシリコンダイヤフラム１１と
、その下方に位置する適切にドープ処理された導電性の
シリコンベース１２とを（了し、シリコンダイヤフラム
１１及びシリコンベース１２間に非導電性の誘電体スペ
ーサ１３が配されている。また、シリコンダイヤフラム
１１、シリコンベース■２及び誘電体スペーサ１３間に
は、真空排気され気密状態に保持された基準室１４が画
成されている。基準室１４内は、通常、ゼロバキューム
（ｚｅｒｏ ｖａｃｕｕｍ）に設定されるが、より高
い基準圧値に設定してもよい。尚、基準室１４円が上記
基準圧値に保持されているとき、シリコンダイヤフラム
１１はシリコンベース！２に対して平行となり、両者の
間隔は、通常、２マイクロメータ（ｍｉｃｒｏｍｅｔｅ
ｒ）に設定される。
導電性且つ可撓性を有するシリコンダイヤフラム１１と
、その下方に位置する適切にドープ処理された導電性の
シリコンベース１２とを（了し、シリコンダイヤフラム
１１及びシリコンベース１２間に非導電性の誘電体スペ
ーサ１３が配されている。また、シリコンダイヤフラム
１１、シリコンベース■２及び誘電体スペーサ１３間に
は、真空排気され気密状態に保持された基準室１４が画
成されている。基準室１４内は、通常、ゼロバキューム
（ｚｅｒｏ ｖａｃｕｕｍ）に設定されるが、より高
い基準圧値に設定してもよい。尚、基準室１４円が上記
基準圧値に保持されているとき、シリコンダイヤフラム
１１はシリコンベース！２に対して平行となり、両者の
間隔は、通常、２マイクロメータ（ｍｉｃｒｏｍｅｔｅ
ｒ）に設定される。
尚、図に示す寸法は、実際の寸法を示すものではなく、
例えば、最大測定荷重５０ｐｓｉの圧力センサの場合、
誘電体スペーサ１３の肉厚部＋６の厚さは、通常、９マ
イクロメータであり、一方、ソリコンダイヤフラム１１
の厚さは、通常、０゜００８インチであり、シリコンベ
ースＩ２の厚さは、通常、０．０５０インチである。
例えば、最大測定荷重５０ｐｓｉの圧力センサの場合、
誘電体スペーサ１３の肉厚部＋６の厚さは、通常、９マ
イクロメータであり、一方、ソリコンダイヤフラム１１
の厚さは、通常、０゜００８インチであり、シリコンベ
ースＩ２の厚さは、通常、０．０５０インチである。
シリコンベースＩ２の上面中央には、円形の突出台部１
２Ａが形成されており、この突出台部１２Ａは、略円筒
形状の基準室１４内に突出している。尚、突出台部＋２
Ａの１−而には、図示しない絶縁性ガラス薄膜１３Ａが
被覆されている。この絶縁性ガラス薄膜の厚さは、通常
、０．５マイクロメータと非常に薄いため、圧力センサ
ｌＯの寄生容量に殆ど影響を与えない。尚、この絶縁性
ガラス薄膜は、センナｌＯの製造工程において、誘電体
スペーサ１３をシリコンベース１２に取り付けた後に被
覆される。
２Ａが形成されており、この突出台部１２Ａは、略円筒
形状の基準室１４内に突出している。尚、突出台部＋２
Ａの１−而には、図示しない絶縁性ガラス薄膜１３Ａが
被覆されている。この絶縁性ガラス薄膜の厚さは、通常
、０．５マイクロメータと非常に薄いため、圧力センサ
ｌＯの寄生容量に殆ど影響を与えない。尚、この絶縁性
ガラス薄膜は、センナｌＯの製造工程において、誘電体
スペーサ１３をシリコンベース１２に取り付けた後に被
覆される。
このような構成において、圧力センサ１０の周囲圧力が
変化すると、ソリコンダイヤフラム■１の上面１７にこ
の圧力変化が作用してシリコンダイヤフラム１１の下方
への湾曲変位量を変化させ、可変コンデンサの極板とし
て機能するシリコンダイヤフラム１■及びシリコンベー
スＩ２間のスペースを変化させる。この結果、センサＩ
Ｏの静電容量が変化し、この容量変化に基づいて負荷さ
れた圧力値及びその変化値を測定することができる。
変化すると、ソリコンダイヤフラム■１の上面１７にこ
の圧力変化が作用してシリコンダイヤフラム１１の下方
への湾曲変位量を変化させ、可変コンデンサの極板とし
て機能するシリコンダイヤフラム１■及びシリコンベー
スＩ２間のスペースを変化させる。この結果、センサＩ
Ｏの静電容量が変化し、この容量変化に基づいて負荷さ
れた圧力値及びその変化値を測定することができる。
導線又は電極１８Ａ及び１８Ｂがシリコンダイヤフラム
１１及びシリコンベース１２にそれぞれ接続されており
、これらの導線又は電極を介して、センサ１０を公知の
測定回路に接続することにより、圧力変化Ｍの関数とし
ての容量変化量が測定される。即し、周囲圧力が変化す
ると、シリコンダイヤフラム１１の湾曲変位量が変化し
、ソリコンダイヤフラム１１及びシリコンベース１２間
の静電容量が変化し、この結果、負荷された圧力値が測
定可能な電子信号に変換されることとなる。
１１及びシリコンベース１２にそれぞれ接続されており
、これらの導線又は電極を介して、センサ１０を公知の
測定回路に接続することにより、圧力変化Ｍの関数とし
ての容量変化量が測定される。即し、周囲圧力が変化す
ると、シリコンダイヤフラム１１の湾曲変位量が変化し
、ソリコンダイヤフラム１１及びシリコンベース１２間
の静電容量が変化し、この結果、負荷された圧力値が測
定可能な電子信号に変換されることとなる。
上述のように、基準室１４内の圧力が上記基準圧力に保
持されている場合には、通常、ソリコンダイヤフラム１
１の下面と突出台部１２Ａの上面との間隙は２マイクロ
メータとなるように設定されており、周囲圧力が」二昇
するにともないソリコンダイヤフラムＩ■が突出台部＋
２Ａに向かって湾曲変位するに充分なスペースを確保し
ている。
持されている場合には、通常、ソリコンダイヤフラム１
１の下面と突出台部１２Ａの上面との間隙は２マイクロ
メータとなるように設定されており、周囲圧力が」二昇
するにともないソリコンダイヤフラムＩ■が突出台部＋
２Ａに向かって湾曲変位するに充分なスペースを確保し
ている。
誘電体スペーサ１３の半径方向に亘る幅は、その厚さを
上述のように９マイクロメータとした場合、０．０３６
インチとすることが一般的である。
上述のように９マイクロメータとした場合、０．０３６
インチとすることが一般的である。
一方、この場合、突出台部１２Δに被覆される絶縁性ガ
ラス薄膜の厚さは、上述のように、０．５マイクロメー
タに設定される。突出台部１２Ａのシリコン基板１２上
面からの厚さは、６．５マイクロメータに設定されてお
り、一方、その直径は０．１５０インチに設定されてい
る。
ラス薄膜の厚さは、上述のように、０．５マイクロメー
タに設定される。突出台部１２Ａのシリコン基板１２上
面からの厚さは、６．５マイクロメータに設定されてお
り、一方、その直径は０．１５０インチに設定されてい
る。
通常、シリコンダイヤフラム■１及びシリコンベースＩ
２の形状は正方形とされるが、図に示すように、電気接
点を設けるためにその角部を割愛してもよい。上記正方
形の対角線の長さは、通常、０．２６０インチに設定さ
れ、一方、誘電体スペーサ１３の内径は、０．１９０イ
ンチに設定される。尚、誘電体スペーサ１３の肉厚部１
６の形状は、ソリコンダイヤフラム１１又はノリコンベ
ース１２の対応部分と整合するように構成してもよいが
、誘電体スペーサＩ３の肉厚部１６を円環形状としてし
よい。
２の形状は正方形とされるが、図に示すように、電気接
点を設けるためにその角部を割愛してもよい。上記正方
形の対角線の長さは、通常、０．２６０インチに設定さ
れ、一方、誘電体スペーサ１３の内径は、０．１９０イ
ンチに設定される。尚、誘電体スペーサ１３の肉厚部１
６の形状は、ソリコンダイヤフラム１１又はノリコンベ
ース１２の対応部分と整合するように構成してもよいが
、誘電体スペーサＩ３の肉厚部１６を円環形状としてし
よい。
連結部材１８がガラスプレート２ｏを介してシリコンダ
イヤフラム１１の上面１７に接合されており、この連結
部材１８には圧力ボート１９が形成されている。測定さ
れる圧力は、この圧力ボートを介してシリコンダイヤフ
ラム２と連絡する。
イヤフラム１１の上面１７に接合されており、この連結
部材１８には圧力ボート１９が形成されている。測定さ
れる圧力は、この圧力ボートを介してシリコンダイヤフ
ラム２と連絡する。
一方、センサｌＯは、適用される対象に応じて適切な方
法にて装着される。
法にて装着される。
第２図は、３プレ一ト式の容量型圧力センサを示してい
る。この３プレ一ト式圧力センサは、基Ｍ室＋１４内に
第３の導電性プレート１２０を有しており、この点にお
いて第１Ａ図及び第１図に示す２プレ一ト式圧力センサ
とその構成を異にしている。この第３プレート１２０は
、通常、ドープ処理されたシリコンではなく、金属によ
り形成し、誘電体スペーサ１１６の側壁１１６Ａに形成
した透孔１２１を介して基準室外部と連絡して電気的に
接続される。このような構成とした結果、第２図より明
らかなように、上記透孔１２＋におけるシーリング処理
が必要となり、圧力センサの構造及びその製造を複雑な
ものとする。
る。この３プレ一ト式圧力センサは、基Ｍ室＋１４内に
第３の導電性プレート１２０を有しており、この点にお
いて第１Ａ図及び第１図に示す２プレ一ト式圧力センサ
とその構成を異にしている。この第３プレート１２０は
、通常、ドープ処理されたシリコンではなく、金属によ
り形成し、誘電体スペーサ１１６の側壁１１６Ａに形成
した透孔１２１を介して基準室外部と連絡して電気的に
接続される。このような構成とした結果、第２図より明
らかなように、上記透孔１２＋におけるシーリング処理
が必要となり、圧力センサの構造及びその製造を複雑な
ものとする。
シリコンダイヤフラム１１１及びシリコンベース１１２
の動作は、第１Ａ図及び第１図に示すシリコンダイヤフ
ラム１１及びシリコンベース１２と同様である。
の動作は、第１Ａ図及び第１図に示すシリコンダイヤフ
ラム１１及びシリコンベース１２と同様である。
この３プレ一ト式圧力センサの詳細は、前掲の米国特許
第４，４６７．３９４号に開示されている。
第４，４６７．３９４号に開示されている。
次に、本発明の実施例に係る３プレ一ト式の容重型圧カ
センサにつき第３図及び第４図を参照して説明する。
センサにつき第３図及び第４図を参照して説明する。
圧力センサ２１０を構成するガラススペーサ２１６の外
周面に形成された円環形状の溝部に、ドープ処理された
導電性のシリコンより成る円環形状の第３のプレート２
２０が嵌合配置されている。
周面に形成された円環形状の溝部に、ドープ処理された
導電性のシリコンより成る円環形状の第３のプレート２
２０が嵌合配置されている。
この点において、第２図に示す圧力センサとその構成を
顕著に異にする。尚、第３プレート２２０は、略ワッシ
ャ形状を有し、圧力センサ２１０の軸線に関して対称に
配されている。また、本実施例においては、圧力センサ
２１０は全体として円筒形状に構成されいるが、これを
直方体形状としてもよいことはいうまでもない。この結
果、第２図に示す構成において必要であった透孔１２１
をガラススペーサ２１６に形成することなく、第３プレ
ート２２０を外部回路と接続可能となる。
顕著に異にする。尚、第３プレート２２０は、略ワッシ
ャ形状を有し、圧力センサ２１０の軸線に関して対称に
配されている。また、本実施例においては、圧力センサ
２１０は全体として円筒形状に構成されいるが、これを
直方体形状としてもよいことはいうまでもない。この結
果、第２図に示す構成において必要であった透孔１２１
をガラススペーサ２１６に形成することなく、第３プレ
ート２２０を外部回路と接続可能となる。
第３プレート２２０は、導電性の多結晶性シリコンから
成る非常に薄い層として形成することが好ましいが、こ
れを金属又は他の導電性物質より形成することも可能で
ある。また、３枚のプレート２１１，２１２，２２０は
、同一物質により形成することが好ましく、この場合、
導電性の多結晶性シリコンを用いることが好ましい。
成る非常に薄い層として形成することが好ましいが、こ
れを金属又は他の導電性物質より形成することも可能で
ある。また、３枚のプレート２１１，２１２，２２０は
、同一物質により形成することが好ましく、この場合、
導電性の多結晶性シリコンを用いることが好ましい。
第１Ａ図に示す導線又は電極１８Ａ及び１８Ｂと同様の
導線又は電極がシリコンダイヤフラム２１１及びシリコ
ンベース２１２及び第３のシリコンプレート２２０に接
続されており、これによりセンサ２１０を適切な外部測
定回路に接続する。
導線又は電極がシリコンダイヤフラム２１１及びシリコ
ンベース２１２及び第３のシリコンプレート２２０に接
続されており、これによりセンサ２１０を適切な外部測
定回路に接続する。
図示しない圧力ボートを介してシリコンダイヤフラム２
１１の圧力作用面２１７に測定される圧力が負荷され、
この圧力の変化に応じてシリコンダイヤフラム２１１が
湾曲変位する。この結果、圧°カセンサ２１０の静電界
ら１が変化し、負荷された圧力は測定可能な電子信号に
変換される。そして、この電子信号に基づき負荷された
圧力値が測定される。尚、上記８債変化は、導入圧力の
逆関数となる。
１１の圧力作用面２１７に測定される圧力が負荷され、
この圧力の変化に応じてシリコンダイヤフラム２１１が
湾曲変位する。この結果、圧°カセンサ２１０の静電界
ら１が変化し、負荷された圧力は測定可能な電子信号に
変換される。そして、この電子信号に基づき負荷された
圧力値が測定される。尚、上記８債変化は、導入圧力の
逆関数となる。
圧力センサ２１０の製造は、以下のように行う。
まず、ガラススペーサ２１６を構成するガラス層２１３
ｔ−、スパッタリング、イオンビームスパッタリング又
は他の適切な技術によりシリコンベース２１２上に被覆
する。次いで、非常に薄い多結晶性又は非晶質のシリコ
ン層を約１マイクロメータの厚さに被覆する。尚、この
シリコン層の厚さはこれに限定されるものではない。
ｔ−、スパッタリング、イオンビームスパッタリング又
は他の適切な技術によりシリコンベース２１２上に被覆
する。次いで、非常に薄い多結晶性又は非晶質のシリコ
ン層を約１マイクロメータの厚さに被覆する。尚、この
シリコン層の厚さはこれに限定されるものではない。
次に、ガラス層２１３をさらに被覆し、次いで、第３プ
レートの周縁部をエツチング、ソーイング（ｓ ａｗ
ｉ ｎｇ）又は他の適切な技術により露出させる。この
露出された周縁部は、シリコンダイヤフラム２１１の上
記組み立て体への静電結合において用いられる。
レートの周縁部をエツチング、ソーイング（ｓ ａｗ
ｉ ｎｇ）又は他の適切な技術により露出させる。この
露出された周縁部は、シリコンダイヤフラム２１１の上
記組み立て体への静電結合において用いられる。
尚、真空排気され気密状態に保持される基準室２１４の
形成に用いられる写真製版工程及びエツチング工程、並
びに、上記第３シリコンプレートの外形形成技術は、当
業者において既知であるので、ここでの具体的な説明は
省略する。
形成に用いられる写真製版工程及びエツチング工程、並
びに、上記第３シリコンプレートの外形形成技術は、当
業者において既知であるので、ここでの具体的な説明は
省略する。
また、上記シリコン部材がシリコン以外の導電性物質に
より形成され、」二足ガラススペーサがガラス以外の絶
縁性物質により形成される場合であっても、上記と同様
の方法により圧力センサを製造することが可能である。
より形成され、」二足ガラススペーサがガラス以外の絶
縁性物質により形成される場合であっても、上記と同様
の方法により圧力センサを製造することが可能である。
この場合、第３プレートらまた上記と同様に圧力センサ
内に組み込むことが可能である。
内に組み込むことが可能である。
第４図は、寄生容量を測定値から除去するための回路の
一例を示している。この回路の基本的構成はシュミット
トリガ−回路と同様であり、シリコンベースの電位２１
２Ｇは、演算増幅器２３０により第３プレートの電位２
２０Ｃに維持される。
一例を示している。この回路の基本的構成はシュミット
トリガ−回路と同様であり、シリコンベースの電位２１
２Ｇは、演算増幅器２３０により第３プレートの電位２
２０Ｃに維持される。
この結果、第３プレートの電位２２０Ｃが常に電源電圧
に維持されることとなり、破線にて示す８部からの電荷
の移動が図中２１１Ｃにおいて生じないため、圧力変化
に感応しない静電容量分を測定値から除去することが可
能となる。
に維持されることとなり、破線にて示す８部からの電荷
の移動が図中２１１Ｃにおいて生じないため、圧力変化
に感応しない静電容量分を測定値から除去することが可
能となる。
尚、圧力センサ２１０を構成する部材の寸法は以下の通
りである。
りである。
第３プレート２２０の厚さは、■マイクロメータであり
、第３プレート２２０の内径と基準室２１４の外径との
間隔は、０．５マイクロメータである。第３プレート２
２０の外径は、０．２６０インチであり、その内径は、
０．１９０インチから１マイクロメータを差し引いた値
である。また、ガラススペーサ２１３の肉厚部の厚さは
、６マイクロメータである。尚、他の部材の寸法は、第
１Ａ図及び第１図において示す従来の２プレ一ト式圧カ
センサの対応部材と同一である。
、第３プレート２２０の内径と基準室２１４の外径との
間隔は、０．５マイクロメータである。第３プレート２
２０の外径は、０．２６０インチであり、その内径は、
０．１９０インチから１マイクロメータを差し引いた値
である。また、ガラススペーサ２１３の肉厚部の厚さは
、６マイクロメータである。尚、他の部材の寸法は、第
１Ａ図及び第１図において示す従来の２プレ一ト式圧カ
センサの対応部材と同一である。
これらの寸法は、いずれも−例を示すものであり、状況
に応じて種々の変更が可能である。
に応じて種々の変更が可能である。
尚、図においては、シリコンダイヤフラム２！！、シリ
コンベース２１２及び第３プレート２２０等が水平に配
されているように示しであるが、これらの部材は垂直に
配することも可能であるし、また、水平方向に対して鋭
角に配することも可能である。この場合、関連部材の配
置関係も同様に変更することが可能であることは言うま
でもない。
コンベース２１２及び第３プレート２２０等が水平に配
されているように示しであるが、これらの部材は垂直に
配することも可能であるし、また、水平方向に対して鋭
角に配することも可能である。この場合、関連部材の配
置関係も同様に変更することが可能であることは言うま
でもない。
以上、本発明を実施例に基づいて説明してきたが、本発
明は、」二足実施例の構成に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲に含まれる全ての変形、変更を含む
ものであり、従って、特許請求の範囲に記載した要件を
満足する全ての構成は本発明に含まれるものである。
明は、」二足実施例の構成に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲に含まれる全ての変形、変更を含む
ものであり、従って、特許請求の範囲に記載した要件を
満足する全ての構成は本発明に含まれるものである。
［効 果］
本発明においては、第３プレートを圧力センサの基準室
内ではなくその外部に設ける構成としたため、第３プレ
ートを外部回路と接続するための開口部を基準室を画成
するスペーサに設ける必要がなく、この結果、当該開口
部におけるシーリング処理を省くことが可能となる。
内ではなくその外部に設ける構成としたため、第３プレ
ートを外部回路と接続するための開口部を基準室を画成
するスペーサに設ける必要がなく、この結果、当該開口
部におけるシーリング処理を省くことが可能となる。
第１Ａ図は、従来の２プレ一ト式容量型圧カセンサを示
す一部断面斜視図であり、第１図は、第１Ａ図に示す圧
力センサを示す概略断面図であり、第２図は、従来の３
プレ一ト式容噴型圧力センサを示す概略断面図であり、
第３図は、本発明の実施例に基づく３プレ一ト式容呈型
圧力センサを示す概略断面図であり、第４図は、寄生容
量を測定値から除去するための回路を示すダイヤグラム
である。 ２１＋ シリコンダイヤフラム シリコンベース ガラス層 基準室 ガラススペーサ 第３プレート
す一部断面斜視図であり、第１図は、第１Ａ図に示す圧
力センサを示す概略断面図であり、第２図は、従来の３
プレ一ト式容噴型圧力センサを示す概略断面図であり、
第３図は、本発明の実施例に基づく３プレ一ト式容呈型
圧力センサを示す概略断面図であり、第４図は、寄生容
量を測定値から除去するための回路を示すダイヤグラム
である。 ２１＋ シリコンダイヤフラム シリコンベース ガラス層 基準室 ガラススペーサ 第３プレート
Claims (14)
- （１）容量型圧力センサであって、 第１の静電容量プレートを形成する導電性ベースと、 第２の静電容量プレートを形成するとともに、測定され
る圧力が負荷される外側面を有し、該外側面に負荷され
る前記圧力の変化に応じて湾曲変位可能な導電性、可撓
性及び弾性を有するダイヤフラムと、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に配され、前記ベース
の外縁部と前記ダイヤフラムの外縁部とを連結するスペ
ーサを形成する非導電性の誘電体層と、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に形成され、前記スペ
ーサにより閉塞されるとともに真空排気される基準室と
、 第３の静電容量プレートを形成するとともに、前記スペ
ーサ内に前記ベース及び前記ダイヤフラムから離間して
配される導電性プレートから成り、前記ダイヤフラムの
外側面に負荷される圧力の変化により前記ダイヤフラム
が湾曲変位して前記センサの静電容量を変化させる一方
、前記第３の静電容量プレートが前記基準室の外部にお
いて前記基準室を包囲して配される、 ことを特徴とする容量型圧力センサ。 - （２）前記第１乃至第３のプレートが、同一物質により
形成されることを特徴とする請求項（１）に記載の容量
型圧力センサ。 - （３）前記第１乃至第３のプレートが、導電性シリコン
から形成されることを特徴とする請求項（１）に記載の
容量型圧力センサ。 - （４）前記基準室が略円筒形状を有し、前記第３のプレ
ートが円環形状を有するとともに前記センサの軸線に関
して対称に配されることを特徴とする請求項（１）乃至
（３）のいずれかに記載の容量型圧力センサ。 - （５）前記第３のプレートが略ワッシャ形状を有するこ
とを特徴とする請求項（４）に記載の容量型圧力センサ
。 - （６）前記第３のプレートは、約１マイクロメータの厚
さを有し、前記第１及び第２のプレートに比して薄いこ
とを特徴とする請求項（１）乃至（５）のいずれかに記
載の容量型圧力センサ。 - （７）前記第１乃至第３のプレートが、ドープ処理され
た導電性シリコンから形成されることを特徴とする請求
項（１）乃至（６）のいずれかに記載の容量型圧力セン
サ。 - （８）前記誘電体層がガラスから形成されることを特徴
とする請求項（１）乃至（７）のいずれかに記載の容量
型圧力センサ。 - （９）前記第１乃至第３のプレートが導電性シリコンか
ら形成され、前記誘電体層がガラスから形成され、前記
第３のプレートが前記第１及び第２のプレートよりも薄
い１マイクロメータの厚さを有することを特徴とする請
求項（１）に記載の容量型圧力センサ。 - （１０）導電性ベースと、 測定される圧力が負荷される外側面を有し、該外側面に
負荷される前記圧力の変化に応じて湾曲変位可能な導電
性ダイヤフラムと、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に配され、前記ベース
の外縁部と前記ダイヤフラムの外縁部とを連結するスペ
ーサを形成する非導電性の誘電体層と、 前記ベースと前記ダイヤフラム間に形成され、前記スペ
ーサにより閉塞されるとともに真空排気される基準室と
を有し、 前記ダイヤフラムの外側面に負荷される圧力の変化によ
り前記ダイヤフラムが湾曲変位して静電容量を変化させ
る容量型圧力センサの出力から寄生容量を除去する方法
であって、 導電性プレートを、前記スペーサ内に前記ベース及び前
記ダイヤフラムから離間して、且つ、前記基準室の外部
において前記基準室を包囲するように設ける、 ことを特徴とする容量型圧力センサの出力から寄生容量
を除去する方法。 - （１１）前記ベース、ダイヤフラム及びプレートを同一
物質により形成する工程を含むことを特徴とする請求項
（１０）に記載の方法。 - （１２）前記ベース、ダイヤフラム及びプレートを導電
性シリコンにより形成する工程を含むことを特徴とする
請求項（１０）に記載の方法。 - （１３）第１のガラス層を前記ベースに被覆し、この被
覆層に厚さ約１マイクロメータの導電性シリコン層を被
覆し、このシリコン層に第２のガラス層を被覆すること
により前記誘電体層を形成する工程を含むことを特徴と
する請求項（１２）に記載の方法。 - （１４）前記各被覆層が平面的であることを特徴とする
請求項（１３）に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US292,276 | 1988-12-30 | ||
| US07/292,276 US4951174A (en) | 1988-12-30 | 1988-12-30 | Capacitive pressure sensor with third encircling plate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02264838A true JPH02264838A (ja) | 1990-10-29 |
Family
ID=23123974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000195A Pending JPH02264838A (ja) | 1988-12-30 | 1990-01-04 | 容量型圧力センサ及び寄生容量を測定値から除去する方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4951174A (ja) |
| EP (1) | EP0376632B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02264838A (ja) |
| KR (1) | KR0137939B1 (ja) |
| AR (1) | AR243679A1 (ja) |
| BR (1) | BR9000011A (ja) |
| CA (1) | CA2006672C (ja) |
| DE (1) | DE68913177T2 (ja) |
| IL (1) | IL92927A (ja) |
Families Citing this family (54)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2687779B1 (fr) * | 1992-02-20 | 1995-11-10 | Sextant Avionique | Micro-capteur capacitif a protection laterale et procede de fabrication. |
| FI93059C (fi) * | 1993-07-07 | 1995-02-10 | Vaisala Oy | Kapasitiivinen paineanturirakenne ja menetelmä sen valmistamiseksi |
| US5444901A (en) * | 1993-10-25 | 1995-08-29 | United Technologies Corporation | Method of manufacturing silicon pressure sensor having dual elements simultaneously mounted |
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| DE69412769T2 (de) * | 1993-12-07 | 1999-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Kapazitiver Sensor und Verfahren zur Herstellung |
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| US5381299A (en) * | 1994-01-28 | 1995-01-10 | United Technologies Corporation | Capacitive pressure sensor having a substrate with a curved mesa |
| US5448444A (en) * | 1994-01-28 | 1995-09-05 | United Technologies Corporation | Capacitive pressure sensor having a reduced area dielectric spacer |
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| US6431003B1 (en) | 2000-03-22 | 2002-08-13 | Rosemount Aerospace Inc. | Capacitive differential pressure sensor with coupled diaphragms |
| US6605195B2 (en) | 2000-04-14 | 2003-08-12 | Seagate Technology Llc | Multi-layer deposition process using four ring sputter sources |
| JP3771425B2 (ja) | 2000-07-04 | 2006-04-26 | 株式会社山武 | 容量式圧力センサおよびその製造方法 |
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