JPH05256718A - 差圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 小型,軽量で低コストの差圧センサを提供す
る。 【構成】 第１、第２のダイアフラム部２４,２５が形
成されたシリコン層２１と、第１又は第２のダイアフラ
ム２４,２５のどちらか一方に設けられた感圧素子３２,
３３と、第１の構造層２２と、第２の構造層２３と、第
１のダイアフラム２４と第１、第２の構造層２２,２３
との空間にそれぞれ形成された第１の部屋２６と、第
１′の部屋２８と、第２のダイアフラム２５と第１、第
２の構造層２２,２３との空間にそれぞれ形成された第
２の部屋２７と、第２′の部屋２９と、シリコン層２１
に形成され、第１の部屋２６,第２の部屋２７を連絡す
る連通孔３４と、第１及び第２の部屋２６,２７及び連
通孔３４に充填された封入液３５と、第１′の部屋２８
に第１の圧力を導入する第１の導圧孔３０と、第２′の
部屋２９に第２の圧力を導入する第２の導圧孔３１とで
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、差圧センサの小型化,
軽量化及び高性能化に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の差圧伝送器の断面構成図で
ある。図において、１は受圧ボディ、２は受圧ボディ１
内に設けられ、部屋３,４を形成するように設けられた
センタダイアフラムである。又、受圧ボディ１の両端面
には、部屋５,６が形成され、これらの部屋５,６を覆う
ように金属製のシールダイアフラム７,８が設けられて
いる。そして、部屋５,３間には第１の連通孔８が、部
屋４,６間には第２の連通孔９がそれぞれ形成されてい
る。

【０００３】受圧ボディ１の上部には、差圧センサ１０
が設けられている。１１は差圧センサ１０の一方の受圧
面と、部屋３とを連絡する第３の連通孔、１２は差圧セ
ンサ１０の他方の受圧面と部屋４とを連絡する第４の連
通孔である。

【０００４】そして、部屋５,第１の連通孔８,部屋３及
び第３の連通孔１１には封入液１３が、部屋６,第２の
連通孔９,部屋４及び第４の連通孔１２には封入液１４
がそれぞれ充填されている。

【０００５】次に、上記構成の作動を説明する。シール
ダイアフラム７,８に作用する圧力は、封入液１３,１４
を介して差圧センサ１０の各受圧面に作用し、差圧セン
サ１０はこれら圧力の差圧に応じた信号を出力する。

【０００６】そして、シールダイアフラム７又は８に過
大圧が作用すると、シールダイアフラム７又は８は部屋
５又は６の底部に着座し、第１の連通孔８又は第２の連
通孔９の開口を塞ぎ、それ以上の圧力の伝達を防止す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の差
圧伝送器の場合、下記のような問題点がある。 差圧伝送器が大きくて、重い。

【０００８】 シールダイアフラム７,８は金属製であ
るので、過大圧がシールダイアフラム７,８に作用する
と、塑性変形を起こし、伝送器の特性が悪化する。 差圧センサ１０の信号の取出しは、ハーメチックシ
ールを介して行われるので、このことも差圧伝送器が大
きくなり、重くなる要因である。又、コストも高い。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、小型,軽量で低コストの差圧センサ
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、第１のダイアフラム部,第２のダイアフラム部が
形成されたシリコン層と、前記第１又は第２のダイアフ
ラムのうち少なくともどちらか一方に設けられた感圧素
子と、前記シリコン層の一方の面を覆うように形成され
た第１の構造層と、前記シリコン層の他方の面を覆うよ
うに形成された第２の構造層と、前記第１のダイアフラ
ムと前記第１の構造層との空間に形成された第１の部屋
と、前記第１のダイアフラムと前記第２の構造層との空
間に形成された第１′の部屋と、前記第２のダイアフラ
ムと前記第１の構造層との空間に形成された第２の部屋
と、前記第２のダイアフラムと前記第２の構造層との空
間に形成された第２′の部屋と、前記シリコン層に形成
され、前記第１の部屋,第２の部屋を連絡する連通孔
と、前記第１及び第２の部屋及び前記連通孔に充填され
た封入液と、前記第２の構造層に形成され、前記第１′
の部屋に第１の圧力を導入する第１の導圧孔と、前記第
２の構造層に形成され、前記第２′の部屋に第２の圧力
を導入する第２の導圧孔とを具備するものである。

【００１１】

【作用】本発明の差圧センサにおいて、第１の導圧孔及
び第２の導圧孔を介して作用する圧力は、第１のダイア
フラム及び第２のダイアフラムの各面に作用し、感圧素
子は差圧に応じた信号を発生する。

【００１２】又、第１の導圧孔又は第２の導圧孔に過大
圧が作用すると、第１のダイアフラム又は第２のダイア
フラムは第１の構造層に当接し、第１の部屋及び第２の
部屋の圧力の増大を禁止する。

【００１３】

【実施例】次に図面を用いて本発明の一実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例の差圧センサの断面構成図
で、(A)は平面図、(B)は正面断面図であり、図２は図１
におけるシリコン層の製造工程を説明する図、図３は感
圧素子の信号の取出し構造を説明する図、図４はシリコ
ンオイル封入方法を説明する図、図５はシリコンオイル
の別の封止方法を説明する図である。

【００１４】先ず、図１を用いて本実施例の差圧センサ
の構成を説明する。図において、２１はシリコン層、２
２,２３はシリコン層１を挟持するように形成されるパ
イレックスガラスの第１の構造層,第２の構造層であ
る。

【００１５】シリコン層１には、第１のダイアフラム部
２４及び第２のダイアフラム部２５が形成されている。
そして、第１のダイアフラム部２４と第１の構造層２と
の間の空間には第１の部屋２６が、第２のダイアフラム
部２５と第１の構造層２との間の空間には第２の部屋２
７が形成されている。

【００１６】又、第１のダイアフラム部２４と第２の構
造層２３との間の空間には第１′の部屋２８が、第２の
ダイアフラム部２５と第２の構造層２３との間の空間に
は第２′の部屋２９がそれぞれ形成されている。尚、第
１部屋２６の高さは第１′の部屋２８の高さよりも遙か
に低く設定されている。同様に第２の部屋２７の高さは
第２′の部屋２９の高さよりも遙かに低く設定されてい
る。

【００１７】第２の構造層２３には、第１′の部屋２８
に圧力を導入する第１の導圧孔３０及び第２′の部屋２
９に圧力を導入する第２の導圧孔３１がそれぞれ形成さ
れている。

【００１８】第１のダイアフラム部２４及び第２のダイ
アフラム部２５には感圧素子３２,３３が形成されてい
る。尚、感圧素子としては、ピエゾ抵抗効果を用いた歪
ゲージ,シリコンの梁構造の振動式センサ等がある。

【００１９】第１の部屋２６と第２の部屋２７とは連通
孔３４によって連絡され、第１の部屋２４,連通孔３４
及び第２の部屋２７は封入液としてのシリコンオイル３
５が充填されている。又、３６はセンサ信号の端子であ
る。

【００２０】次に、図２を用いてシリコン層１のダイア
フラム部２４,２５の製造方法を説明する。シリコン基
板４１上面(第１の構造層２２側)にはエピタキシャル法
で、n-層４２及びギャップ４５の形成されたp-層４３が
形成され、シリコン基板４１の下面(第２の構造層２３
側)にはエピタキシャル法でn-層４４が形成されてい
る。(ステップ１)。

【００２１】次に、n++イオンを注入し(ステップ２)、
異方性エッチングで下面をエッチングする(ステップ
３)。最後に、弗硝酸を用いた等方性エッチングにより
ダイアフラム部２４,２５が形成される(ステップ４)。
尚、本実施例のn--層４２,４４はエッチストップに用い
られる。

【００２２】この様なダイアフラム部２４,２５の形状
は圧力によりシリコン層２１と第１の構造層２２との接
合面にかかる引き剥がし応力を軽減するのに効果的であ
る。次に、図３を用いて端子３６の製造方法を説明す
る。シリコン層２１のp-層４３上には、n++のリード５
１がイオン注入法で形成されている。そして、このリー
ド５１上にボンディングワイヤ５３が接続されるアルミ
ニウムの端子３６を形成し、残りの部分にp-層５３をエ
ピタキシャル成長させ、段差のないフィードスルー(配
線取出し)を実現している。

【００２３】次に、図４を用いてシリコンオイルの封入
方法を説明する。先ず、ダイアフラム部２４,２５の形
成後、一方の側面にアルミニウム層６１をスパッタリン
グで形成する(ステップ１１)。この時、Ａ部拡大図に示
すように、シリコン層２１と第１の構造層２２との接合
面には、異方性エッチングにより発生した溝６２が形成
されている。

【００２４】次に、第１の導圧孔３０,第２の導圧孔３
１から大気圧より低い圧力で引いておき、差圧センサを
シリコンオイル中に配設し、溝６２よりシリコンオイル
を充填する(ステップ１２)。

【００２５】最後に、溝６２部分を半田６３で塞ぐ。次
に、上記構成の作動を説明する。第１の導圧孔３０及び
第２の導圧孔３１を介して作用する圧力は、第１のダイ
アフラム部２４及び第２のダイアフラム部２５の各面に
作用し、感圧素子３２,３３は差圧に応じた信号を発生
する。

【００２６】又、第１の導圧孔３０又は第２の導圧孔３
１に過大圧が作用すると、第１のダイアフラム部２４又
は第２のダイアフラム部２５は第１の構造層２２に当接
し、第１の部屋２６及び第２の部屋２７の圧力のそれ以
上の増大を禁止する。

【００２７】上記構成によれば、差圧伝送器の構造を小
さく且つ軽量とすることが可能である。過大圧保護機構
にシリコンを用いているので、強度が強く、塑性変形が
起らないので、小型で長期安定性に優れている。

【００２８】シリコンオイルの封入箇所は第１,第２の
部屋２６,２７及び連通孔３４だけであるので、シリコ
ンオイルの膨張／収縮による温度係数の悪化や静圧の変
化を少なくすることができる。

【００２９】信号線の取出しを従来のようなハーメチッ
クシール構造でないので、小型,軽量化に寄与すること
ができる。尚、本発明は上記実施例に限るものではな
い。例えば、シリコンオイルの封入方法は、図５に示す
ように、ダイアフラム部２４,２５からの溝７１に対し
て異方エッチングの穴７２を穿設し、この穴７２を用い
て、シリコンオイルを充填すし、ワイヤボンディングの
ボール７３で穴７２を塞ぐようにしてもよい。

【００３０】また、ダイアフラム部,感圧素子は複数有
ってもよい。複数有ると作動で信号を取ることができ、
精度のよい信号検出が可能となる。ダイアフラム部のエ
ッチング形状は上記実施例に限定しない。被測定対象の
静圧が低い場合には、過大圧も低いので、単に異方性エ
ッチング等で矩形のダイアフラム部を形成するようにし
てもよい。

【００３１】更に、第１の構造材はシリコンとし、シリ
コン層２１に直接接合するようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、小
型,軽量で低コストの差圧センサを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の差圧センサの断面構成図
で、(A)は平面図、(B)は正面断面図である。

【図２】図１におけるシリコン層の製造工程を説明する
図である。

【図３】感圧素子の信号の取出し構造を説明する図であ
る。

【図４】シリコンオイル封入方法を説明する図である。

【図５】シリコンオイルの別の封止方法を説明する図で
ある。

【図６】従来の差圧伝送器の断面構成図である。

【符号の説明】

２１ シリコン層 ２２ 第１の構造層 ２３ 第２の構造層 ２４ 第１のダイアフラム部 ２５ 第２のダイアフラム部 ２６ 第１の部屋 ２７ 第２の部屋 ２８ 第１′の部屋 ２９ 第２′の部屋 ３０ 第１の導圧孔 ３１ 第２の導圧孔 ３２,３３ 感圧素子 ３４ 連通孔 ３５ シリコンオイル(封入液)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のダイアフラム部（２４）,第２の
   ダイアフラム部（２５）が形成されたシリコン層（２
   １）と、 前記第１又は第２のダイアフラム（２４,２５）のうち
   少なくともどちらか一方に設けられた感圧素子（３２,
   ３３）と、 前記シリコン層の一方の面を覆うように形成された第１
   の構造層（２２）と、 前記シリコン層の他方の面を覆うように形成された第２
   の構造層（２３）と、 前記第１のダイアフラム（２４）と前記第１の構造層
   （２２）との空間に形成された第１の部屋（２６）と、 前記第１のダイアフラム（２４）と前記第２の構造層
   （２３）との空間に形成された第１′の部屋（２８）
   と、 前記第２のダイアフラム（２５）と前記第１の構造層
   （２２）との空間に形成された第２の部屋（２７）と、 前記第２のダイアフラム（２５）と前記第２の構造層
   （２３）との空間に形成された第２′の部屋（２９）
   と、 前記シリコン層（２１）に形成され、前記第１の部屋
   （２６）,第２の部屋（２７）を連絡する連通孔（３
   ４）と、 前記第１及び第２の部屋（２６,２７）及び前記連通孔
   （３４）に充填された封入液（３５）と、 前記第２の構造層（２３）に形成され、前記第１′の部
   屋（２８）に第１の圧力を導入する第１の導圧孔（３
   ０）と、 前記第２の構造層（２３）に形成され、前記第２′の部
   屋（２９）に第２の圧力を導入する第２の導圧孔（３
   １）と、 を具備することを特徴とする圧力センサ。