JPH06500630A - 容量性力センサ - 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 容量性力センサ 技術分野 本発明は、一方のキャパシタ電極を有する基体と、他方のキャパシタ電極を有す る覆に％部材と、該基体及び覆い部材を相互にある距離に保持するスペーサとを 備えた、容量性力センサに関する。

この種の力センサは、ＤＥ３４２６１６５Ａ１尋：より公知となっており、膜と して形成された［　％）部材力家曲げを受ける時にキャパシタ電極の間の容量力 電変イヒすることによって作用力を測定するようになってし＼る。

この種の圧力センサないし力センサＩよ、特に、膜力τ対向面に突当たるおそれ があるため、大きな圧力又番よりについては不適切である。この種のセンサ番二 おし）で。

別の不具合は、力を導入するために特別の外部装置を必要とすることである。ま た圧力又は力各二対する容量の依存性は、線形ではない。

本発明のＩａｍは、このような技術の現状力１ら出発して、小形の構造と、特に 大きな力及び圧力を測定しうろことと、容量が圧力に線形に依存すること（二よ って１Ｒ徴付けられる容量性力センサを提供することＣ二ある。

本発明によれば、この！ｌｌ！ｌは、力センサの負荷時において、スペーサ間に 形成される材料ブリッジの曲げなしに、基体及び／又は覆い部材が形成される材 料のうち少くとも−の圧縮によって、キャパシタ電極間の距離が減少されるよう に、基体及び覆い部材の材料の厚みを定めたことによって解決される。

スペーサは、基体と覆い部材との互いに対向する表面上に分散して配設されてい る。スペーサの高さ又は長さは、基体及び覆い部材の素材の厚みに比較して十分 に小さくシ、容量の変化が本胃的に基体又は覆い部材の材料の圧縮によって生ず るようになされている。

スペーサは、特に、横断面が矩形の多数の支柱によって形成してよく、またこれ らの支柱は、マトリックス状に配列し、スペーサの辺長にほぼ対応する側方の間 隔によって、相互から隔てられていても良い。

更に、スペーサは、基体の表面に沿ってＵ字形の経路に従って延びる縁片として 形成しても良い、別の可能性は、円弧に沿って延びる縁片としてスペーサを形成 することである。

その他の好ましい構成は、図面に示した実施例の以下の説明によって明らかとさ れよう０図において、図１は、本発明による容量性力センサの縦断面図である。

閏２は、基体の上面図並びにスペーサの断面図である壷 図３は、縁片状のスペーサを有する基体の上面図である。

図４は、円弧状に湾曲した縁片状スペーサを有する基体のＪ：ｉ１１図である。

図５は、本発明の作用を示すための可圧縮材料から成る容量性力センナの縦断面 図である。

図６は、基体材料のみを可圧縮とした図５に対応する閏である。

図７は、スペーサを基体と一体的に形成した力センサの別の実施例を示す。

図８は、図７による力センサの基体の上面図である。

図９は、一体形成したスペーサ半部分及びスペーサを経て直交方向に延びる絶縁 性結合層を備えた力センサの一実施例を示す。

図１０は、非導電材料製の覆い部材を有する力センサの一実施例を示す。

図１１は、遮蔽ＩＥ罹層を覆い部材に備えている力センサの一実施例を示す。

図１２は、基体に通された絶ｋ１１１い部材上に取付けられた絶縁層とを有する 力センサの変形例を示す。

図１３は、覆い部材と基体とを電気的及びｌＩ＃４的に互に結合した力センサを 示す、力センサの接続導線に沿った縦断面図である。

図１４は１図１３による力センサを示し、遮蔽接続導線に沿った縦断面図である 。

図１５は、図１３．１４による力センサの覆い部材を示す切断上面図である。

図１６は、図１３．１４による力センサの基体を示す切断上面図である。

図１７は、逆ドープ領域を有する絶対力測定用の力センサの一実施例を示す。

図１８は、図１７の力センサの覆い部材の切断上面図である。

図１９は、図１７の力センサの基体の切断上ｌｌ１図である。

図２０は、特別に簡単な構造の別の力センサの力センサ接続導線に沿った縦断面 図である。

図２１は、図２０による力センサの遮蔽接続導線に沿った縦断面図である。

図２２は、特に簡単な構造の絶対圧力測定用の力センサの一実施例を示し、力セ ンサ接続導線に沿った縦断面図である。

図２３は、図２２の力センサの遮蔽接続導線に沿った縦断面図である。

図２４は１図２２．２３による力センサの覆い部材の切断正面図である。

図２５は、ｅ１２２．２３による力センサの基体の内面の切断正面図である。

図１には、圧力−力センサの第１実施例が、実寸によらない横断面図によって図 示されている。以下に凧に「力センサ」と称される圧力ーカセンサは、基体−キ ャパシタ電１１をその内側面２に備えた基体１を有し、基体−キャパシタ電１１ は、接続面４を介して第１センサ接続導線５に電気的に接続されている。

図２には、基体−キャパシタ電１１が、接続１１ｉ４及び第１センサ接続導鯵５ と共に、上面図として図示されている。基体−キャパシタ電極層３は、多数の四 角形の凹み６を有し、これらの凹みは、横断面図が図２に、及び縦断面図が図１ にそれぞれ示されているスペーサ７を囲んでいる。

スペーサ７は、基体ｌからの覆い部材８の例えば約５μｍに等しい間隔を規定し ている。覆い部材８は、基体−キャパシタ電１１に対向したその内側面２に、覆 い部材−キャパシタ電極層９を備えている。基体１及び／又は覆い部材８の材料 の厚みは、例えば約５００μｍとされ、スペーサ７の材料の厚みよりも相当に大 きい、覆い部材−キャパシタ電１１は、基体−キャパシタ電１１と同様に、スペ ーサ７を形成するための多数の凹み６と、第２センサ導線１１に電気的に接続す るための接続面ｌＯとを備えている。

図１に示した実施例において、スペーサ７は、下方結合層１２及び上方結合層Ｌ ３を介して、基体ｌ及び覆い部材８にそれぞれ連結されている。

図３は、力センサの基体ｌの図２に対応する、上方からの横断面図であるが、こ の図３において、スペーサ７は％図２によるスペーサ７とは相違して、横断面が 正方形の形状の只１つのスペーサ７と、基体ｌの内側面２に沿って上面図で見て Ｕ字状に推移する縁材の形状の複数のスペーサ７とを備えている。ｒｊ！Ｊ３の 実施例では、基体１は導電材料から形成されているため、内側面２は、センサ接 続導線５に直接に接続される。

このため、特別のキャパシタ電極層は必要ではない。

図４は、前記の各国のような矩形の形状の代わりに円板状の形状を有する導電性 の基体１の内側面２に沿ったスペーサ７の横断面を上方から見た図である０図４ の実施例のスペーサ７は、それぞれ約９０°の角度［囲に亘って延在しているの で、これらのスペーサの間には、十字形に推移する補助の中空室を備えた複数の 同心円状の中！室又はキャビティが形成される。

図５には、ｅｌｌに対応して、力センサの作用を示すために、力センサが縦断面 図によって示されている。

基体ｌと覆い部材８とスペーサフとが弾性的に圧縮可能な材料から成る場合、力 又は圧力が作用し、基体１及び覆い部材８がそれによって互いに対向する方向に 働く力を受けた場合、材料の変形が起こる。基体１とスペーサ７及び覆い部材８ の圧縮係数又は弾性定数に依存して、材料の変形が生ずるため、基体−キャパシ タ電１１と覆い部材−キャパシタ電１１との間の距離は、図１に示した距離から 出発して、例えば図５に示すように変化する。

図５に示した実施例によれば、基体ｌだけでなく覆い部材８及びスペーサ７も、 圧縮係数に基づいて変形される。スペーサ７は、間隔保持方向に負荷されるが、 この場合、容積の減少及び間隔保持方向においての縮小だけでなく、図５に著し く誇張して示した幅の広がりも生ずる。基体１及び覆い部材８の内側面２に沿っ た力又は圧力の作用個所では、基体１及び覆い部材８の表面に凹み部分が生ずる ため、キャパシタ電１１．９によって覆われた娯域が互いに近接し、それによっ て、基体−キャパシタ電１１と覆い部材−キャパシタ電１１との間の静電容量が 増大する。従って、以上に説明した力センサは、膜の曲げではなく、スペーサ７ よりも特に厚みを大きくできる比較的大きな質量の構成部材の領域毎に異なった 圧縮が容量の変化を引き起こす容量性のセンサである。

ｒ１４６に示した実施例による容量性の力センサによれば、Ｍ体ｌ、スペーサ７ 及び覆い部材８の材料の圧縮係数ないし圧縮性によって、覆い部材８及びスペー サ７は変形されず、基体ｌのみが変形される０図５．６から容易にわかるように 、力又は圧力を容量的に測定するためには、基体１の材料、覆いｇ材８の材料又 はスペーサ７の材料がある所定の力に対して材料の圧縮を許容すれば十分である 。

その場合、スペーサ７は、所定の測定ｉ！囲内において力センサシステムの圧縮 性の大きさのオーダーの高さをもつため、キャパシタ電極層３．９は、最大のカ が作用した場合、互いに接触しない、力が過大となった時に短絡が生じないよう にするために、キャパシタ電１１．９のどちらか一方又は両方に図示しない絶縁 層を配設しても良い。

スペーサ７の横方向の距離は、好ましくは、その幅の大きさのす一ダとする。

スペーサ７の高さは１図１では誇張されて図示されている。力センサの厚みも、 図には誇張して図示されているため、力センサは、その直径又は辺長よりも実際 には扁平である。また特にスペーサ７の数も、図に示したものよりも少なく又は 多くできる。基体１及び覆い部材８の厚みは、材料の曲げではなくその押潰し又 は圧縮によって変形が生ずるようにそれぞれ選定する。

スペーサ７は、図１．５．６に示すように、その端面に結合層１４を備えていて も良い、スペーサ７を基体１及び覆い部材８に構造的な結合層によって結合する 代わりに、ｍ−的な直結によって、特に、溶融、直接溶接又は陽極ボンディング によって、基体ｌ及び覆い部材８にスペーサ７に結合しても良い。

容量性力センサへの力の導入は、簡単に、面平行に、全面に亘って、基体ｌ又は 覆い部材８の外面に対して行なうことができる。液体又はガスを加圧する場合、 スペーサ７の間の個所においての基体１又は覆い部材８の、躾の場合と同様の曲 げ、又はそれによって生ずるキャパシタ電１１，９の接触が、被測圧力において 生ずることを避けるために、圧力が外面に作用する基体ｌ又は覆い部材の厚みを 対応して大きく、またスペーサ７の間の個所に生ずる伸びを対応して小さくそれ ぞれ設定するように１！する。この場合、明らかなように、力及び圧力の可測範 囲は、使用する材料の弾性特性、並びに、スペーサ７の断面し形状、数、配列及 び高さに依存する。力センサの素材及び側方の外部寸法が与えられた場合、可瀾 ｉｉＭは、スペーサ７の幾何学的データによって設定可能となる。

必１；応じて設けられる結合層１４は、加圧による圧縮に際してその影響が無視 されうるように、対応して薄くする。それ自身弾性特性を示す結合層１４を不具 合を生じないように使用しても良い。

結合層１４は５Ｍ合手法に従って、相互に結合の相手であるスペーサ７、基体ｌ 及び覆い部材８の片面又は両面に取付けることができる。また、結合層１４を多 層とし、これらの層を別々の材料から作製しても良い。結合層１４を対応した薄 い接着剤層によって形成しても良い、結合層１４を電気絶縁層例えばガラス半… 層、パイレックス層、二酸化珪素層その他とし、これらの層によってスペーサ７ を基体１及び／又は覆い部材８に、センサの構造に従って、結合、溶接、半田付 け、陽極結合ないしは静電ポンディングする。

また、結合層１４は、導電材料からできていても良い、その場合、溶接層、半田 付は層又は例えば［Ｌスパッタリング又は堆積によって形成した金属層又はシリ コン層を使用することができる。

結合層１４は、別りの異なる材料からできている複数の層としても良い、その場 合の結合は、溶接、半田付け、ポンディング又は接着によることができる。結合 層１４．基体１、スペーサ７及び覆い部材８の材料は、その導電性についての選 定は、力センサに形成される容量が短絡されないように選定する。結合層１４が 非導電性の場合には、基体１、覆い部材８及びスペーサ７については導電材料を 使用する。基体１又は覆い部材８が導電材料からできている場合には、キャパシ タ電極層３．９の取付けは割愛することができる。

それは、図３．４に対応して、基体！及び覆い部材８自身を力センサのキャパシ タの電極として使用しうるためである。

力センサのための導電材料としては、金属、半導体及び特にシリコンを用いるこ とができる。力センサをａｎするための非導電材料としてＩよ、特６；、セラミ ックス、石英、ガラス又は酸化物を使用すること力でできる。従って、金属製の キャパシタ電１１．９を有する１図１に示した力センサは２例えｉｆ石英ガラス 製としても良い。

図７は、スペーサ７と基体１とを一体的に形成した場合の力センサを、縦断面図 によって示して０る。基体ｌのスペーサ７は、特に、基体１６にら、凹み１５を フライス削り又はエツチングすることによって形成することができる１図８は、 スペーサ７の可能な配置のパターンを上面図によって示してし）る。

図７．８に示した実施例によれば、基体１１よ、導電性材料からできており、セ ンサ接続導線５惨：直結されている。即ち、基体１は、直ｆ１１：　＋センサキ ャｌ＜シタの第１電極として用いられ、−例として、導電性シ「Ｊコンからでさ ている。覆い部材８１よ、ガラス例えＩｆノくイレックスから作製することがで き、基体ｌと覆１）部材８とは、陽極ボンディングによって互番；結合すること ができる。ＪＩ体に対向した覆し）部材８の内側面２番二は、基体１の凹み１５ に対応して所定のＩＩＩ造とされた、特に蒸着又はスパッタリングによる金属例 え＋ｆアルミニウムかうできているキャパシタ電１１が形成されている。

図７に示した力センサのスペーサ７は、所望のパターンに対応したマスキングと エツチングによってスペーサ７を所定の構造とした十分な厚みの層を、基体１上 に形成することによっても作製することができる。

特に、酸化物、ポリシリコン、エピタキシャルシリコン、ガラス、パイレックス その他の材料を堆積又はスパッタリングすることにより、スペーサ構造を作製す ることができる０層形成の別の可能性は、化学プロセス、例えば基体の表面の酸 化である。即ち、図７による力センサのスペーサ７は、特にシリコンの熱酸化に よって作製することができる。

絶縁性の結合層１４を使用する場合の力センサは、図９に縦断面図によって示し たように構成することができる０図９に示した力センサには、２つの導電性のシ リコン基板が用いられており、スペーサ７は、一部が基体ｌの構成部分をなして いるが別の一部は覆い部材８の構成部分をなしている。即ち、スペーサ７は、基 体１及び覆い部材８のそれぞれの表面に凹み１５を形成することによって、半分 ずつが基体１及び覆い部材８とをそれぞれ一体に形成される。−例として、力セ ンサを作製するには、基体ｌに絶縁性の結合層１４例えばパイレックス層を付与 する。この結合層は、例えば、陽重ボンディングによって、覆い部材８に直接結 合される。別の可能性としては、基体ｌのみならず覆い部材８にも、例えば二酸 化シリコンによる絶縁性結合層１４を付与した儂、これらの結合層を十分な圧力 及び十分な温度で互に結合する。このようにして、基体１とその覆い部材８とが それぞれ電極を形成する簡単な力センサが得られる。

［１０には、材料の圧縮性を利用する容量性力センサの別の実施例が示される。

図１０に示した力センサの基体ｌは、導電性シリコンからできており、電極とし ての基体１は、センサ接続導線５に直接に接続されている。導電性シリコンによ るスペーサ７は、ｆｉＩ述したようにして一体的に作製される。

図１０に示した実施例によれば、覆い部材８は、非導電材料、特に、セラミック ス、石英又はガラスからできており、その下面には、金層１６が形成されている 。覆い部材８上に金層【６をより良く結合させ、ないし接着するために、クロム 又はニッケルの中間層を取付けても良い０図１０に示した実施例によれば、覆い 部材８は、金−シリコン共晶から成る金層１６を介して、シリコンから成るスペ ーサ７に結合されてし鳥る。

金層１６として形成された結合層は、ここに記述した実施例の場合、スペーサ７ の周囲に凹みを何するため、キャパシタ電極としても用Ｇ−られる。結合部を形 成するためには、シリコンから成るスペーサ７にも金層を形成することが適切で ある。

材料の圧縮性を利用する容量性力センサを！１３！！する場合、絶縁層と導電層 との組合せを結合層１４として用いることも適切なことがある。使用する材料に もよるが、−例として、金属層と基体１との間又は覆い部材８とスペーサ７との 間に絶瞬膜を設けることによって、より優れた接着を実現することが可能となる 。多層の結合層１４は、熱による膨張及び収縮の理由からも有利となりうる。こ の理由及び他の理由、例えば所定の弾性挙動を実現したり、補助的な遮蔽電極を 形成（図ｔｔｅ照）したりするために、基体１又は覆い部材８及び／又はスペー サ７を単一の材料からでなく多層として形成することも時に適切である。

材料の圧縮性を利用する容量性力センサを製造する場合、絶縁層と導電層との組 合せを結合層１４として用いることも適切なことがある。使用する材料にもよる が、−例として、金属層と基体ｌとの間又は覆い部材８とスペーサ７との間に絶 縁膜を設けることによって、より優れた接着を実現することが可能となる。多層 の結合層１４は、熱による膨張又は収縮の理由からも有利となりつる。この理由 及び他の理由、例えば。

所定の弾性挙動を実現したり、補助的な遮蔽電極を形成（図１ｔ１１ｔ、、たり するために、基体ｌ又は覆い部材８及び／又はスペーサ７を単一の材料からでな く多層として形成することも時に適切である。

前述したように、相応した大きな変形に際して電極の接触とそれによる電気的短 絡とを避けるためにキャパシタ電極層３及び／又は９又はキャパシタ電極として 用いられる導電性の基体１又は覆い部材８の内側面２を絶縁層によって被覆する ことも時に適切である。

基体１及び／又は覆い部材８が絶縁材料からできている場合、これらは、外部の 導電層又は外部の導電構成部分によって、余分の電極を取得し、それによって力 センサの一側又は両側の外部的な遮蔽が可能となる。

これは−例として、これらの電極が接地電位に接続されることによって達せられ うる。このような力センサは、図１１に示されている１図１１に示した力センサ においては、基体１は、多層に形成されている０図Ｌ１に示した基体ｌの下半部 ２０は導電性であるが、その上半部２１は、非導電性材料からできている。導電 性の上半部２０は、接地電位との接続を許容する遮蔽導線２２に接続されている 。基体１の非導電性のと半部２１には、基体ｌのキャパシタ電極層３が形成して あり、キャパシタ電極層３は、センサ接続導ｌｌｌ１５に接続されている。第２ のセンサ接続導線１１は、非導電性の覆い部材８の内側面２上の覆い部材−キャ パシタ電極層９に接続されている０図１１かられかるように、覆い部材８の上面 にも遮蔽電極層２３があり、この遮蔽電極層も、遮蔽導線２２によって接地電位 に接続することができる。

図１２に示した実施例によれば、覆い部材８は導電性であり、遮蔽電極層２３と 覆い部材８との間には、絶縁層２４が配設されている。覆い部材８は、キャパシ タ電極として作用するので、センサ接続導線１１に直接に接続されている０図１ ２に示した実施例によれば、スペーサ７は、非導電材料から作製され、基体１の 上半部２１は、導電性シリコンから作製され、シリコンからできている基体１の 下半部２０から、パイレックス層２５によって、電気的に隔てられている。下半 部２０と上半部２１との機械的な結合は、陽極ポンディングによってなされてい る。遮蔽電極体となる下半部２０は、遮蔽導線２２を介して、接地電位に接続す ることができる。

＋１１３−１１３に示した実施例による容量性力センサにおいては、覆い部材８ とその基体１とは、導電材料特にシリコンからできている。明らかなように、導 電材料製の基体ｌ又は覆い部材８は、遮蔽電極体として使用することができる。

その場合、キャパシタ電極層３．９は、導電性の基体１又は覆い部材８から絶縁 された状態で取付ける必要がある。そのため、基体１及び覆い部材８には、所定 の構造の絶縁層２６．２７が設けられる。その場合、絶縁層２６．２７の構造物 とキャパシタ電１１，９の構造物との寸法は、これらの構造物と、基体ｌにエツ チングによって凹みを形成することによって形成される断面が菱形の導電性のス ペーサ７との間に、十分な距離が存在するように選定する。

導電性シリコンのスペーサ７は、導電性の結合層１４を介して覆い部材８の下面 ２に機械的及び電気的に結合されている。

キャパシタ電１１．９は、好ましくは、金属又は導電性ポリシリコン層から成り 、この層は、スペーサ７の領域に凹みを備えている。絶縁層２６．２７は、好ま しくは、熱的に成長させた二酸化シリコンによって形成される。導電性結合層１ ４は、特に、シリコン−共晶、例えば、金−シリコン又はアルミニウムーシリコ ン共晶例えば金−シリコン又はアルミニウムーシリコン共晶から成っている。こ の構成において、基体１及び覆い部材８を形成する２つのシリコン部材は、機械 的にも電気的にも相互に接続されているので、これら２つのシリコン部材の一方 については接触を割愛することができる。図１４かられかるように、遮蔽導１１ ２２は基体ｉにオーム接触されている０図１３には、センサ接続導線５．１１の 領域が縦断ｆｆｉ図で示され、図１４には、遮蔽導線２２の傾城が縦断７１１１ で示されている。また図１５には、覆い部材８の内側面２が上面図で示され、因 １６には基体１が切断上面図で示さ基体ｌと覆い部材８との間の適切な機械的結 合は、各結合個所が二酸化シリコンを備え、圧力及び温度を介して互に結合され ることによって達せられる。しかし、これらの場合には、基体１のみならず、覆 い部材８も、遮蔽導線２２を介して接触されるか、又は、別の仕方で、例えばバ ンプ（突部）を介して、又は外部的に、互に電気的に接続される（これは図はは 示されていない）０図１３．１４による力センサのシリコン部材を互に機械的に 結合する別の可能性は、シリコンの直接ポンディングである。

基板１及び覆い部材８の外面は１図１３．１４の場合と相違して、硬買の保護層 を備えるようにしても良い。

図１７％【８．１９には、力センサの別の実施例が図示されている。これらの各 図に示した力センサは、絶対力又は絶対圧力のセンサを形成している。１ｉｌ１ ７に縦断面図によって示した力センサの基体ｌ及び覆い部材８は、好ましくは、 シリコンからできている。スペーサ７は、図１７に示した台形の横断面形状をも ち、キャビティエツチングによって基体１から構成される装シリコンの覆い部材 ８とのスペーサアの非電導性の結合は、電気絶縁性の結合層１４を介してなされ る。

図１８．１９に示すように、大部分のスペーサ１７は、断面が四角形である。し かし、［１７において最も左側及び最も右側のスペーサ７′は、図１８．１９に 示されるように、四角形の枠の形状をもつことによって、絶対力ないし絶対圧力 を測定しうるように、力センサを気密に封止することを可能とする。上面図で見 て枠形としたスペーサ７″によって、スペーサ７の間の中間空所から外方に向け て開放ダクトが存在しなくなるので１図１７−１９に示した実施例において、基 体１と覆い部材８のシリコン基板には、ドープされた娯域３０．３１が形成され ている。基体１に形成されたドーグ領域３０は、シリコン基体材料に対して電気 的に絶縁（アイソレーシッン）されたＰＮ接合を作る。即ち、このＰＮ接合は、 対応したバイアス電圧によって絶縁性となる。覆い部材８の内面２の一部分に沿 って扁平に延在された、覆い部材８のドープ領域３１についても同様である。基 体１のドーグ領域３０は、図１７．１９に示すように、上面図で見て枠状のスペ ーサ７゛上にブリッジとして条片状に延在されている。

基体−キャパシタ電１１は、基体ｌから絶縁層２６によって、そして覆い部材− キャパシタ電１１は。

絶縁層２７によって、シリコン材料上に絶縁された状態で取付けられている。し かし絶縁層２６．２７は、！３２．３３．３４．３５を有し、キャパシタ電極層 ３．９は、これラノ窓を介してドー７ｍｍ３０，３ｔに電気接続されている。こ のようにして、ドープ領域３０．３１は、基体−キャパシタ電１１と覆い部材− キャパシタ電極層９とをそれぞれセンサ接続導線５、ｔｔ＆：９ａ合することが できる。これにより、ドープ領域３０．３１は、力センサの内部のキャバシ月Ｉ を外側の閘ざされたスペーサ７′を経て外部に引出すことができ、そこでキャパ シタ電極は、センサ接続導線５．１１１：接触させることができる。

図２０．２１は、力センサのキャパシタ電極の１つが遮蔽電位とされた非常各； 簡単な力センサの実施例を示している０図２０．２１は、上面図で見た基体１が 図１６の図示に対応している二の力センサの縦断面図である。１１２０・２１に 示した力センサの基体１及び覆い部材８は、好ましくはシリコン製とする。覆い 部材８は、同時にキャパシタ電極及び遮蔽電極としても用いられ、機械的にも電 気的にも、基体１のシリコン材料に、導電性の結合層１４を介して結合されてい る。

結合層【４は、好ましくは、金−シリコン共晶又はアルミニウムーシリコン共晶 からできている。基体−キャパシタＩＥ１１は、絶縁層２６によって、基層から 電気的に絶縁されている６図２０に示したセンサ接続導１１５は、この第１キャ バ−シタ電極に対する電気接触を表わしている。第２キヤパシタ電極は、覆い部 材８及び基体１のシリコン材料によって形成され、遮蔽−センサ導線４０とコン タクトを有する。

力センサにおいて測定される容量は、絶縁されて形成された基体−キャパシタ電 １１と覆い部材８との間の、力又は圧力に応答して変化する容量と、覆い部材８ と基体−キャパシタ電１１との間の空所ではなく絶縁層２６によって形成された 誘電体の、力又は圧力を感知しない容量部分とから成る。

図２２−２５は、絶対力又は絶対圧力を測定するための同様に簡単な力センサの 構成を示している。この構成のＷ部は、前達した一連の特徴を示す図２２−２５ によって明らかにされる。基体ｌ及び覆い部材８のための基材には、やほりシリ コンが好適である。力センサの内ｗＡｌｌｌ域のためのスペーサ７は、この内部 領域を包みこむための枠状のスペーサ７′によって囲まれている。

覆い部材８は、２つのキャパシタ電極層のうちの１つを形成している。Ｓ体−キ ャパシタ電１１は、絶縁層２６により電気的に絶縁された状態で基体！上に取付 けてあり、絶縁層２６は、基体−キャバシＩＩ層３とドープ１１０とのコンタク トを与える窓３２゜３３を備えている。ドーグ領域３０は、図２２．２３゜２５ かられかるように、枠状のスペーサ７′と縁片４１．４２とを備えている。この 構成により、恵３３と。

ドープ領域３０（基体１のシリコン材料に対するＰＮ接合によって基体１から電 気的に絶縁されている）と恵３２とを介して、センサ接続導線５を基体−キャパ シタ電極層３とコンタクトさせることが町鑓となる。

覆い部材のドーグ領域３１は、図２２−２４に図示されている。ドーグ領域３１ は、上面図として見た時、スペーサ７′から内方に延在された四角形の枠体の形 状を有している。これにより、ドー１１１１１１１３０は、導電性の結合層１４ （基体ｌと覆い部材８とを電気的及び機械的に相互に結合している）にも拘らず 、遮蔽体としての覆い部材８に対して電気的にａＸに絶縁される。覆い部材８と 基体ｌとは、遮蔽−センサ導電４゜を介して接触される。

好ましくは、導電性結合層１４は、やはり前記の共晶の１つからできて塾する。

以上に説明した力センサは、外側のスペーサ７′の結合面がドープ領域（シリコ ン基体に対して絶縁性ＰＮ＃１合を形成する）の完全に内側にあるため、特に簡 単な構成を備えている。基体−キャパシタ電１１を自閉されたスベー？７′によ って内部から外方に電気的に導出し、そこでセンサ導線５と接触させることが・ ドープｌ［１ｆｉ３０．３１によって可能となる。前述したようは、２つのシリ コン基板のドーグ１１ｍ１３０．３２は、導電性結合層１４によるドープ傾城（ キャパシタ電１とシリコン基板材料（遮蔽電極）との間の電気的短絡を防止する ために自閉されたスペーサ７゛の合接＆１面を囲んでいる。遮蔽電極としてのシ リコン基体材料の電気的接続は、内側のスペーサ７と導電性の結合層１４とを介 してなされる。

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Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．一方のキャパシタ電極を有する基体と、他方のキヤパシタ電極を有する覆い 部材と、該基体及び該覆い部材を相互にある距離に保持するスペーサとから成る 容量性カセンサであって、カセンサの負荷時において、スペーサ（７、７′）の 間に形成される材料ブリッジの曲げなしに、基体（１）及び／又は覆い部材（８ ）が形成される材料のうち少くとも一の圧縮によって、キャパシタ電極（２、３ 、９）の間の距離が減少されるように、基体（１）及び覆い部材（８）の材料の 厚みを定めたことを特徴とする容量性カセンサ。
2. ２．基体（１）及び覆い部材（８）の材料の厚みをスペーサ（７、７′）の側方 の間隔より大きくしたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の容量性カセンサ 。
3. ３．スペーサ（７）を、横断面で見て四角形の非変形性の支柱とし、これらの支 柱の高さを前記側方の間隔に対応させたことを特徴とする請求の範囲第１項又は 第２項記載の容量性カセンサ。
4. ４．スペーサ（７）を、基体（１）の内面（２）に沿ってＵ字状に延びる縁片と して形成したことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の容量性カセン サ。
5. ５．スペーサ（７）を、円弧に沿って延びる縁片として形成したことを特徴とす る請求の範囲第１項又は第２項記載の容量性カセンサ。