JPH03239940A - 容量型圧力センサ - Google Patents
容量型圧力センサInfo
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- JPH03239940A JPH03239940A JP3681490A JP3681490A JPH03239940A JP H03239940 A JPH03239940 A JP H03239940A JP 3681490 A JP3681490 A JP 3681490A JP 3681490 A JP3681490 A JP 3681490A JP H03239940 A JPH03239940 A JP H03239940A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
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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
本発明は、電極が形成された基板同士を接合して形成し
た容量型圧力センサに関する。
た容量型圧力センサに関する。
従来、第２図及び第４図に示されたような容量型圧力セ
ンサ２０，４０がある。 ′Ｍ２図の容量型圧力センサ２０は、感圧ダイヤフラム
部２２とその上に凹部２３及びその凹部２３部分に電極
２４を形成した例えば、単結晶シリコンから成るシリコ
ン基板２１上に電極２７を形成した例えば、パイレック
スガラス等から成るガラス基板２６を載置し、電極２４
を有するシリコン基板２１と電極２７を有するガラス基
板２６とを対向させ接合技術を用いて接合して構成され
ている。接合後には、シリコン基板２１の凹部２３はガ
ラス基板２６で密封され基準圧室２５となる。 ここで、一般に、容量Ｃは、 Ｃ＝ε −（１）（ε：誘電
率、Ａ：電極面積、ｄ：電極間隔）で求められる。 上記容量型圧力センサ２ｏの基準圧室２５を構成するシ
リコン基板２１の凹部２３は、以下のようにして形成さ
れていた。 先ず、第３図（ａ）に示したように、シリコン基板２１
の基板材料である単結晶シリコン３１に選択的にエツチ
ング保護膜３８を塗布等して形成する。 次に、強アルカリから成る薬液を用いて単結晶シリコン
３１を直接にエツチングする。すると、エツチング保護
膜３８が施されていない部分の単結晶シリコン３１が強
アルカリから成る薬液によりエツチングされ、第３図（
ｂ）に示した、段差寸法ｄ２を有する単結晶シリコン３
１が形成される。 この単結晶シリコン３１の段差寸法ｄ、から成ルエッチ
ンク部３３が第２図に示したシリコン基板２１の凹８Ｂ
２３となり、（１）式における電極間隔ｄが決定される
。 又、第４図の容
ンサ２０，４０がある。 ′Ｍ２図の容量型圧力センサ２０は、感圧ダイヤフラム
部２２とその上に凹部２３及びその凹部２３部分に電極
２４を形成した例えば、単結晶シリコンから成るシリコ
ン基板２１上に電極２７を形成した例えば、パイレック
スガラス等から成るガラス基板２６を載置し、電極２４
を有するシリコン基板２１と電極２７を有するガラス基
板２６とを対向させ接合技術を用いて接合して構成され
ている。接合後には、シリコン基板２１の凹部２３はガ
ラス基板２６で密封され基準圧室２５となる。 ここで、一般に、容量Ｃは、 Ｃ＝ε −（１）（ε：誘電
率、Ａ：電極面積、ｄ：電極間隔）で求められる。 上記容量型圧力センサ２ｏの基準圧室２５を構成するシ
リコン基板２１の凹部２３は、以下のようにして形成さ
れていた。 先ず、第３図（ａ）に示したように、シリコン基板２１
の基板材料である単結晶シリコン３１に選択的にエツチ
ング保護膜３８を塗布等して形成する。 次に、強アルカリから成る薬液を用いて単結晶シリコン
３１を直接にエツチングする。すると、エツチング保護
膜３８が施されていない部分の単結晶シリコン３１が強
アルカリから成る薬液によりエツチングされ、第３図（
ｂ）に示した、段差寸法ｄ２を有する単結晶シリコン３
１が形成される。 この単結晶シリコン３１の段差寸法ｄ、から成ルエッチ
ンク部３３が第２図に示したシリコン基板２１の凹８Ｂ
２３となり、（１）式における電極間隔ｄが決定される
。 又、第４図の容
【型圧力センサ４ｏは、感圧ダイヤプラ
ム部４２とその上に電極４４を形成したシリコン基板４
１上に電極４７を形成したガラス基板４６をｕ、置し、
電極４４を有するシリコン基板４１と電極４７を有する
ガラス基板４６とを対向させ、それらのシリコン基板４
１とガラス基板４６との間に低融点ガラス等から成る接
合層４８を配設し接合技術を用いて接合して構成されて
いる。接合後には、シリコン基板４１とガラス基板４６
及び接合層４８とは密封された基準圧室４５を構成する
。 【発明が解決しようとする課題】 第３図（ａ）及び第３図ら）に示された単結晶シリコン
３１を強アルカリから成る薬液で直接にエツチングした
場合においては、そのエツチングの進行速度を表すエツ
チングレートは０．１〜１虜／ｍｉｎと大きい値を示す
。そして、エツチング量を制御するには時間で管理する
以外にはなく、精度良くエツチングするにはエンチング
工程と段差の測定とを短時間に繰り返して実行する必要
がある。又、強アルカリから成る薬液はその成分や薬液
温度を一定に保つ必要があり管理が雑しかった。 上記の理由により、強アルカリから成る薬液を用いて単
結晶シリコン３１を直接にエツチングしてＩＡｍ程の段
差寸法を正確に制御し形成することは難しく、結果とし
て、単結晶シリコン３１毎の段差寸法ｄ、のバラツキが
大きかった。又、強アルカリから成る薬液にて単結晶シ
リコン３１を直接にエツチングした面は粗面であり、平
面性が悪い等の問題もあった。 従って、この単結晶シリコン３１の段差寸法ｄ２から成
るエツチング量３３を利用して第２図に示された容量型
圧力センサ２０の基準圧室２５を構成すると、電極間隔
のバラツキが大きくなることにより容量Ｃを正確に定め
ることが難しく、容量型圧力センサ２０の零点や被測定
圧力Ｐに対する感度に大きく影響し、製品性能を一定に
保つことができなかった。 更に、上述のエンチング処理工程ではＮａ”イオンの溶
液が使用されるためエツチングそのものが好ましく一ヨ
いという問題があった。 即ち、Ｎａ’イオンが万一残留していて析出すると、空
気中の水分と化学反応をしてＮ ａ ＯＨとご二〇、容
量型圧力センサ２０の／リコン基板２１に悪影響を及ぼ
すからである。 又、第４図の容量型圧力センサ４０においては、接合層
４８の厚みｄ４に基づいてシリコン基板４１の電極４４
とガラス基板４６の電極４７との電極間隔（（１）式に
おける電極間隔ｄ）が決定される。 しかし、接合の際の接合温度やシリコン基板４１とガラ
ス基板４６とに上下から加える荷重等の状況により接合
層４８の厚みｄ４は変化し易く、結果として、容量型圧
力センサ４０の電極間隔を一定に制御することは難しか
った。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、シリコン基板を容易に
形成できる形状とすると共にシリコン基板とガラス基板
とは単純な接合を行うだけで、基準圧室の電極間隔を一
定にでき容ｑＣが正確となり、零点や被測定圧力に対す
る感度のバラツキが少ない容量型圧力センサを提供する
ことである。
ム部４２とその上に電極４４を形成したシリコン基板４
１上に電極４７を形成したガラス基板４６をｕ、置し、
電極４４を有するシリコン基板４１と電極４７を有する
ガラス基板４６とを対向させ、それらのシリコン基板４
１とガラス基板４６との間に低融点ガラス等から成る接
合層４８を配設し接合技術を用いて接合して構成されて
いる。接合後には、シリコン基板４１とガラス基板４６
及び接合層４８とは密封された基準圧室４５を構成する
。 【発明が解決しようとする課題】 第３図（ａ）及び第３図ら）に示された単結晶シリコン
３１を強アルカリから成る薬液で直接にエツチングした
場合においては、そのエツチングの進行速度を表すエツ
チングレートは０．１〜１虜／ｍｉｎと大きい値を示す
。そして、エツチング量を制御するには時間で管理する
以外にはなく、精度良くエツチングするにはエンチング
工程と段差の測定とを短時間に繰り返して実行する必要
がある。又、強アルカリから成る薬液はその成分や薬液
温度を一定に保つ必要があり管理が雑しかった。 上記の理由により、強アルカリから成る薬液を用いて単
結晶シリコン３１を直接にエツチングしてＩＡｍ程の段
差寸法を正確に制御し形成することは難しく、結果とし
て、単結晶シリコン３１毎の段差寸法ｄ、のバラツキが
大きかった。又、強アルカリから成る薬液にて単結晶シ
リコン３１を直接にエツチングした面は粗面であり、平
面性が悪い等の問題もあった。 従って、この単結晶シリコン３１の段差寸法ｄ２から成
るエツチング量３３を利用して第２図に示された容量型
圧力センサ２０の基準圧室２５を構成すると、電極間隔
のバラツキが大きくなることにより容量Ｃを正確に定め
ることが難しく、容量型圧力センサ２０の零点や被測定
圧力Ｐに対する感度に大きく影響し、製品性能を一定に
保つことができなかった。 更に、上述のエンチング処理工程ではＮａ”イオンの溶
液が使用されるためエツチングそのものが好ましく一ヨ
いという問題があった。 即ち、Ｎａ’イオンが万一残留していて析出すると、空
気中の水分と化学反応をしてＮ ａ ＯＨとご二〇、容
量型圧力センサ２０の／リコン基板２１に悪影響を及ぼ
すからである。 又、第４図の容量型圧力センサ４０においては、接合層
４８の厚みｄ４に基づいてシリコン基板４１の電極４４
とガラス基板４６の電極４７との電極間隔（（１）式に
おける電極間隔ｄ）が決定される。 しかし、接合の際の接合温度やシリコン基板４１とガラ
ス基板４６とに上下から加える荷重等の状況により接合
層４８の厚みｄ４は変化し易く、結果として、容量型圧
力センサ４０の電極間隔を一定に制御することは難しか
った。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、シリコン基板を容易に
形成できる形状とすると共にシリコン基板とガラス基板
とは単純な接合を行うだけで、基準圧室の電極間隔を一
定にでき容ｑＣが正確となり、零点や被測定圧力に対す
る感度のバラツキが少ない容量型圧力センサを提供する
ことである。
上記課題を解決するための発明の構成は、相互に接合さ
れた２つの基板と、前記両基板の接合部に形成され、微
小ギャップの測定圧の基準値を与える基準圧室と、その
基準圧室の対向する両面に形成された電極と、一方の電
極に平行に一方の基板に形成され被測定圧力を受ける感
圧ダイヤフラム部とを有し、前記電極間の容量の変化に
より圧力を測定する容量型圧力センサにおいて、前記２
つの基板の何れか一方の電極の周囲の一部又は全周に前
記容量を予め設定された値とするための電極間隔に対応
した高さに形成された間隔設定部材と、前記間隔設定部
材の周囲の全周で前記２つの基板を接合するために配設
された接合層とを備えたことを特徴とする。
れた２つの基板と、前記両基板の接合部に形成され、微
小ギャップの測定圧の基準値を与える基準圧室と、その
基準圧室の対向する両面に形成された電極と、一方の電
極に平行に一方の基板に形成され被測定圧力を受ける感
圧ダイヤフラム部とを有し、前記電極間の容量の変化に
より圧力を測定する容量型圧力センサにおいて、前記２
つの基板の何れか一方の電極の周囲の一部又は全周に前
記容量を予め設定された値とするための電極間隔に対応
した高さに形成された間隔設定部材と、前記間隔設定部
材の周囲の全周で前記２つの基板を接合するために配設
された接合層とを備えたことを特徴とする。
間隔設定部材は２つの基板の何れか一方の電極の周囲の
一部又は全周に容量を予め設定された値とするための電
極間隔に対応した高さに形成されている。 又、接合層は上記間隔設定部材の周囲の全周で２つの基
板を接合するために配設されている。 従って、間隔設定部材により２つの基板の電極間隔が決
定され、接合層により接合されて容量型圧力センサの基
準圧室が構成される。
一部又は全周に容量を予め設定された値とするための電
極間隔に対応した高さに形成されている。 又、接合層は上記間隔設定部材の周囲の全周で２つの基
板を接合するために配設されている。 従って、間隔設定部材により２つの基板の電極間隔が決
定され、接合層により接合されて容量型圧力センサの基
準圧室が構成される。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
第１図（ａ）は本発明に係る容量型圧力センサを示した
縦断面図である。そして、第１図（ｂ）は第１図（ａ）
において接合する前の状態を示した縦断面図である。 第１図（ａ）及び第１図ら）を参照して本発明の容量型
圧力センサ１０を説明する。 １１は被測定圧力Ｐを受ける感圧ダイヤフラム部１２を
形成した上に電極１４を形成した例えば、単結晶シリコ
ンから成る半導体基板である。 その半導体基板１１上には例えば、５１０２等をスパッ
タリングして高さ寸法ｄ１から成る間隔設定部材１９が
形成されている。 又、１６は上記半導体基板１１上の電極１４に対向して
電極１７を形成した例えばパイレックスガラス等から成
るガラス基板である。 そして、１８は例えば、低融点ガラス等から成る接合層
である。 次に、その作用について説明する。 第１図ら）に示したように、上記接合層１８は、半導体
基板１１とガラス基板１６とを接合する前においては、
上記間隔設定部材１９の高さ寸法ｄ１よりやや高い寸法
にて例えば、ガラス基板１６の電極１７が形成された側
の周囲で半導体基板１１に対応して全周に配設される。 このように構成されたガラス基板１６を半導体基板１１
の上から接合層１８を下にし・て重ねて接合すると、間
隔設定部材１９は半導体基板１１及びガラス基板１５の
双方に押圧された状部で各々の基板に密着して当接され
る。 すると、上記間隔設定部材１９の高さ寸法ｄにより半導
体基板１１上に形成された電極１４とガラス基板１６上
に形成された電極１７との電極間隔が決定される。 そして、上記接合す１８は半導体基板１１とガラス基板
１６とを接合するだけに関与し、つまり、接合後におい
ては、その高さ寸法は上記間隔設定部材１９の高さ寸法
ｄ１と同じになる。 又、その接合層１８により密封された基準圧室１５が構
成される。 ここで、上述の半導体基板１１の間隔設定部材１９の高
さ寸法を決定するＳ ＩＯ２のスパッタリングでは、そ
の進行速度を表すスパッタリングレイトが１０（］〜２
０ＯＡ （０，Ｏ１〜０．０２Ａｍ）／ ｍ ｉｎ、と
小さい。 従って、簡単な構成にて、基準圧室の電極間隔である微
小ギャップの寸法制御が正確な容量型圧力センサが提供
できることになる。 尚、接合層１８の材質は単に接着のみを行えば良いので
、その他、化学系の接着剤（エポキシ系等）でも良い。
縦断面図である。そして、第１図（ｂ）は第１図（ａ）
において接合する前の状態を示した縦断面図である。 第１図（ａ）及び第１図ら）を参照して本発明の容量型
圧力センサ１０を説明する。 １１は被測定圧力Ｐを受ける感圧ダイヤフラム部１２を
形成した上に電極１４を形成した例えば、単結晶シリコ
ンから成る半導体基板である。 その半導体基板１１上には例えば、５１０２等をスパッ
タリングして高さ寸法ｄ１から成る間隔設定部材１９が
形成されている。 又、１６は上記半導体基板１１上の電極１４に対向して
電極１７を形成した例えばパイレックスガラス等から成
るガラス基板である。 そして、１８は例えば、低融点ガラス等から成る接合層
である。 次に、その作用について説明する。 第１図ら）に示したように、上記接合層１８は、半導体
基板１１とガラス基板１６とを接合する前においては、
上記間隔設定部材１９の高さ寸法ｄ１よりやや高い寸法
にて例えば、ガラス基板１６の電極１７が形成された側
の周囲で半導体基板１１に対応して全周に配設される。 このように構成されたガラス基板１６を半導体基板１１
の上から接合層１８を下にし・て重ねて接合すると、間
隔設定部材１９は半導体基板１１及びガラス基板１５の
双方に押圧された状部で各々の基板に密着して当接され
る。 すると、上記間隔設定部材１９の高さ寸法ｄにより半導
体基板１１上に形成された電極１４とガラス基板１６上
に形成された電極１７との電極間隔が決定される。 そして、上記接合す１８は半導体基板１１とガラス基板
１６とを接合するだけに関与し、つまり、接合後におい
ては、その高さ寸法は上記間隔設定部材１９の高さ寸法
ｄ１と同じになる。 又、その接合層１８により密封された基準圧室１５が構
成される。 ここで、上述の半導体基板１１の間隔設定部材１９の高
さ寸法を決定するＳ ＩＯ２のスパッタリングでは、そ
の進行速度を表すスパッタリングレイトが１０（］〜２
０ＯＡ （０，Ｏ１〜０．０２Ａｍ）／ ｍ ｉｎ、と
小さい。 従って、簡単な構成にて、基準圧室の電極間隔である微
小ギャップの寸法制御が正確な容量型圧力センサが提供
できることになる。 尚、接合層１８の材質は単に接着のみを行えば良いので
、その他、化学系の接着剤（エポキシ系等）でも良い。
本発明は、２つの基板の何れか一方の電極の周囲の一部
又は全周に容量を予め設定された値とするための電極間
隔に対応した高さに形成された間隔設定部材と、その間
隔設定部材の周囲の全周で上記２つの基板を接合するた
めに配設された接合層♂を備えており、両基板にて形成
された基準圧室の電極間隔である微小ギャップの高さ寸
法は間隔設定部材により決定され、２つの基板の接合は
接合層により成される。 従って、両基板にて形成された基準圧室の電極間隔であ
る微小ギャップの高さ寸法制御が正確で、接合が容易な
容量型圧力センサとなる。
又は全周に容量を予め設定された値とするための電極間
隔に対応した高さに形成された間隔設定部材と、その間
隔設定部材の周囲の全周で上記２つの基板を接合するた
めに配設された接合層♂を備えており、両基板にて形成
された基準圧室の電極間隔である微小ギャップの高さ寸
法は間隔設定部材により決定され、２つの基板の接合は
接合層により成される。 従って、両基板にて形成された基準圧室の電極間隔であ
る微小ギャップの高さ寸法制御が正確で、接合が容易な
容量型圧力センサとなる。
第１図（ａ）は本発明の具体的な一実施例に係る容量型
圧力センサを示した縦断面図。第１図ら）は第１図（ａ
）において接合する前の状態を示した縦断面図。第２図
は従来の容量型圧力センサを示した縦断面図。第３図（
ａ）及び第３図（１））は単結晶シリコンのエツチング
を説明した縦断面図。第４図は従来の他の容量型圧力セ
ンサを示した縦断面図である。 １８ 接合層 １９ Ｐ 被測定圧力
圧力センサを示した縦断面図。第１図ら）は第１図（ａ
）において接合する前の状態を示した縦断面図。第２図
は従来の容量型圧力センサを示した縦断面図。第３図（
ａ）及び第３図（１））は単結晶シリコンのエツチング
を説明した縦断面図。第４図は従来の他の容量型圧力セ
ンサを示した縦断面図である。 １８ 接合層 １９ Ｐ 被測定圧力
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 相互に接合された２つの基板と、前記両基板の接合部に
形成され、微小ギャップの測定圧の基準値を与える基準
圧室と、その基準圧室の対向する両面に形成された電極
と、一方の電極に平行に一方の基板に形成され被測定圧
力を受ける感圧ダイヤフラム部とを有し、前記電極間の
容量の変化により圧力を測定する容量型圧力センサにお
いて、前記２つの基板の何れか一方の電極の周囲の一部
又は全周に前記容量を予め設定された値とするための電
極間隔に対応した高さに形成された間隔設定部材と、 前記間隔設定部材の周囲の全周で前記２つの基板を接合
するために配設された接合層と を備えたことを特徴とする容量型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3681490A JPH03239940A (ja) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | 容量型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3681490A JPH03239940A (ja) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | 容量型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03239940A true JPH03239940A (ja) | 1991-10-25 |
Family
ID=12480235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3681490A Pending JPH03239940A (ja) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | 容量型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03239940A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5448444A (en) * | 1994-01-28 | 1995-09-05 | United Technologies Corporation | Capacitive pressure sensor having a reduced area dielectric spacer |
| WO1998012528A1 (fr) * | 1996-09-19 | 1998-03-26 | Hokuriku Electric Industry Co., Ltd. | Capteur de pression a capacite electrostatique |
| KR100331799B1 (ko) * | 1999-06-04 | 2002-04-09 | 구자홍 | 압력센서 및 그 제조방법 |
| EP2677291A1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-12-25 | Technische Universität München | Capacitive force sensor and fabrication method |
-
1990
- 1990-02-16 JP JP3681490A patent/JPH03239940A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5448444A (en) * | 1994-01-28 | 1995-09-05 | United Technologies Corporation | Capacitive pressure sensor having a reduced area dielectric spacer |
| WO1998012528A1 (fr) * | 1996-09-19 | 1998-03-26 | Hokuriku Electric Industry Co., Ltd. | Capteur de pression a capacite electrostatique |
| KR100331799B1 (ko) * | 1999-06-04 | 2002-04-09 | 구자홍 | 압력센서 및 그 제조방법 |
| EP2677291A1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-12-25 | Technische Universität München | Capacitive force sensor and fabrication method |
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