JPH07198515A - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JPH07198515A
JPH07198515A JP35282993A JP35282993A JPH07198515A JP H07198515 A JPH07198515 A JP H07198515A JP 35282993 A JP35282993 A JP 35282993A JP 35282993 A JP35282993 A JP 35282993A JP H07198515 A JPH07198515 A JP H07198515A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
pressure sensor
cover
diaphragm
pressure chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP35282993A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiyuki Furumura
由幸 古村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部環境による特性変化が少なく、信頼性の
高い圧力センサを提供する。 【構成】 薄膜状のダイアフラム2とフレーム3をシリ
コンウエハより一体として形成し、ダイアフラム2の上
面にダイアフラム2が揺動自在に変位できるよう窪み5
を形成する。フレーム3の上面にカバー4を貼り合わ
せ、カバー4と窪み5により形成された圧力室6に基準
圧力を導入する導入口7をカバー4に開口する。カバー
4の上面には導入口7を塞ぐようにして、非通気性及び
柔軟性あるフィルム11を貼り合わせ、圧力センサAを
作成する。 【効果】 圧力室6が外気と遮断され、圧力室6にほこ
りや湿気等が侵入せず、センサ感度の低下や結露による
ダイアフラム2の破損を防ぎ、圧力センサAの信頼性を
向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は静電容量型圧力センサに
関する。具体的には、相対圧検出用の静電容量型圧力セ
ンサに関する。
【0002】
【従来の技術】図4に従来の相対圧検出用静電容量型圧
力センサDの断面図を示す。51はダイアフラム、52
はフレーム、53はカバーであって、ダイアフラム51
は角枠状のフレーム52のほぼ中央に配設されている。
ダイアフラム51及びフレーム52はシリコンウエハよ
り一体として作成されていて、フレーム52にはダイア
フラム51が揺動自在に変位できるように、カバー53
の内面と微小なギャップを隔てて窪み54が形成され、
カバー53との間に圧力室55が形成されている。ま
た、ガラス製のカバー53の周辺部がフレーム52に陽
極接合法等により接合されている。カバー53には導入
口56が開口されていて、導入口56から基準圧力を導
入することができる。
【0003】しかして、ダイアフラム51の下面に空気
等の測定圧力が導入されると、測定圧力と基準圧力との
差圧に応じてダイアフラム51が変位して、ギャップの
大きさが変わる。ギャップの大きさが変わると、ダイア
フラム51に設けた可動電極(図示せず)とカバー53
の内面に設けた固定電極(図示せず)との間に構成させ
たコンデンサCの静電容量の大きさが変化する。したが
って、この静電容量の変化をボンディングパッド57に
接続された検出回路等により検出することによって、基
準圧力に対する相対圧力を求めることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの圧力
センサDにおいて、圧力室55は導入口56を通じてセ
ンサ外部と空間的につながった構造をしているため外部
から圧力室55内部に異物が侵入し、ダイアフラム51
の変位が妨げられてセンサ感度が低下するなどセンサ特
性に悪影響を及ぼしていた。
【0005】また、センサ外部の環境や湿度の影響によ
り圧力室55内部に結露を生じ、このためダイアフラム
51が壊れるなど圧力センサDの破損を招いていた。
【0006】さらに、基準圧力の湿度変化など圧力室5
5内部のガス組成の変化により圧力室55内の誘電率が
変化し、測定誤差や測定値のばらつきを生じるなどセン
サ特性に変化を引き起こしていた。
【0007】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、圧力室を外
気と遮断することにより上記問題点を解決し、信頼性の
高い圧力センサを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の圧力センサは、
ダイアフラムを支持させた支持基板に固定基板を貼り合
わせ、前記支持基板と前記固定基板との間に設けた圧力
室を外部と空間的につなげ、前記圧力室を非通気性及び
柔軟性を有するシート状材料により外気から遮断したこ
とを特徴としている。
【0009】このためには、前記支持基板に前記固定基
板を貼り合わせてなる圧力センサチップに前記シート状
材料を貼り合わせて前記圧力室と外部との連通部を塞ぐ
こととしてもよく、圧力センサチップ全体を前記シート
状材料からなるカバーで覆うことにしてもよい。
【0010】また、圧力導入口を設けたカバーにより圧
力センサチップ全体を覆い、前記カバーに前記シート状
材料を貼り合わせ前記圧力導入口を塞ぐこともできる。
【0011】さらに、一部が前記シート状材料からなる
容器内に圧力センサチップを納め、あるいは、圧力導入
口を設けた容器内に圧力センサチップを納め、前記容器
に前記シート状材料を貼り合わせて前記圧力導入口を塞
ぐことにしてもよい。
【0012】また、当該圧力室の内部を不活性ガスで充
填することにしてもよい。
【0013】
【作用】本発明の圧力センサにおいては、支持基板と固
定基板との間に設けられた圧力室が非通気性のあるシー
ト状材料によって外気と遮断されているので、圧力室内
には外気からほこりなどが侵入せず、ダイアフラムの変
位が妨げられることがない。また、外気から湿気が侵入
しないので、圧力室内の結露によってダイアフラムが破
損されることもない。一方、外気と遮断するためのシー
ト状材料は柔軟性を有しているので、圧力室に外気の圧
力をそのまま伝えることができる。したがって、圧力室
内に基準圧力を導入して測定を行なう相対圧検出型圧力
センサにおいても感度が低下せず、センサ特性の劣化を
防ぐことができる。これにより信頼性のよい圧力センサ
を提供することができる。さらに、圧力室内の誘電率の
変化も起こらず、基準圧力など外気のガス組成の変化に
よっては影響を受けず、静電容量型の圧力センサにあっ
ても、測定値がばらつくことがなく、正確な圧力測定を
行なうことができる。
【0014】また、少なくとも圧力室を不活性ガスで充
填することにすれば、より効果的に湿気等の影響を防ぐ
ことができる。
【0015】
【実施例】図1に示すものは本発明の一実施例である圧
力センサAの断面図であって、圧力センサAは、圧力セ
ンサチップ1の上面に圧力室6を外気と遮断するための
フィルム11が貼り合わされている。圧力センサチップ
1は、角枠状をしたフレーム3のほぼ中央に薄膜状のダ
イアフラム2が配設されており、ダイアフラム2がその
厚さ方向に揺動自在に変位できるようにフレーム3には
窪み5が形成され、圧力室6がフレーム3とカバー4と
の間に形成されている。ダイアフラム2及びフレーム3
はシリコンウエハより一体として半導体製造技術等によ
って形成されていて、ダイアフラム2全体はイオン注入
などによって導電性となっており、ダイアフラム2の上
面は可動電極8となっている。フレーム3の上面にはガ
ラス製のカバー4が重ねられ、その周辺部は陽極接合法
等によりフレーム3に接合されている。カバー4の内面
には可動電極8と微小なギャップを隔てて、可動電極8
と対向して固定電極9が設けられ、可動電極8と固定電
極9との間にコンデンサが構成されている。このコンデ
ンサの静電容量は、フレーム3の上面の露出箇所に設け
られたボンディングパッド10に接続された検知回路
(図示せず)により検出することができる。
【0016】カバー4には圧力室6に大気圧などの基準
圧力を導入するための導入口7が開口されている。この
導入口7の開口部はカバー4上面に貼られたフィルム1
1によって塞がれ、圧力室6内は密閉されており、圧力
室6内部には乾燥空気や窒素などの不活性ガスが封入さ
れている。また、外部から印加された基準圧力はフィル
ム11を介して圧力室6に印加されるようになってい
る。このフィルム11は、非通気性で柔軟性のあるシー
ト材料であれば材質は問わず、例えば合成樹脂製の薄膜
状になったフィルムやゴムなどの弾性体からなる薄膜な
どを使用することができる。この圧力センサAは、例え
ば乾燥空気や窒素雰囲気中でフィルム11が貼られたカ
バー4とフレーム3とを接合することにより作成するこ
とができる。
【0017】しかして、フィルム11の上面から基準圧
力を印加するとともに、ダイアフラム2の下面に測定圧
力を印加すると、基準圧力と測定圧力との差圧に応じて
ダイアフラム2が変位し、圧力センサAに構成されたコ
ンデンサの静電容量が変化する。したがって、この静電
容量の変化を検知することにより、基準圧力に対する相
対圧力を測定することができる。
【0018】この圧力センサAにおいては、フィルム1
1により圧力室6が密閉されているので、圧力室6内に
異物等が侵入したり、圧力室6内部のガス組成が変化す
ることはない。このため、異物によってダイアフラム2
の変位が妨げられたり、圧力室6内の誘電率が変化しな
い。したがって、圧力センサAの感度が低下したり、測
定誤差や測定値にばらつきを生じることがない。また、
圧力室6内には乾燥空気などの不活性ガスが封入されて
いるので、結露を生じずダイアフラム2も破損されな
い。このようにして、信頼性のよい圧力センサを提供す
ることができる。
【0019】図2に示すものは、本発明の別な実施例で
ある圧力センサBの断面図であって、12は実装基板、
13は圧力センサBのセンサ出力を引き出すための電極
ピン、14はボンディングパッド10と電極ピン13と
を電気的に接続する金線ワイヤである。圧力センサチッ
プ1は、台座15を介して実装基板12上に実装されて
いて、非通気性及び柔軟性のあるシート状材料例えばゴ
ムの厚膜からなるカバー16と実装基板12によって形
成された容器内の空間17に納められている。すなわ
ち、この圧力センサBにおいては、圧力センサチップ1
はカバー16によって覆われていて、圧力室6はカバー
16及び実装基板12とによって外気と遮断されてい
る。また、空間17内には乾燥空気や窒素などの不活性
ガスが充填され、外気とほぼ同じ圧力に保持されてい
る。実装基板12には圧力センサチップ1に測定圧力を
導入するための導入パイプなどの導入装置18が設けら
れ、導入装置18及び台座15に開口された貫通孔19
を介してダイアフラム2の下面に測定圧力を導入するこ
とができる。もちろん、貫通孔19及びダイアフラム2
の下面の空間は、空間17と完全に隔離されている。
【0020】このように、圧力センサチップ1全体をカ
バー16によって覆うことにより、圧力センサチップ1
の圧力室6が外気と遮断され、圧力室6内部にほこりや
湿気等が侵入せず、圧力センサBの感度が低下するのを
防ぐことができる。また、カバー16は柔軟性を有して
いるので、外気の圧力に変動を生じた場合にも圧力室6
内には外気と同じ圧力が印加され、測定圧力の相対圧を
測定することができる。さらに、圧力センサチップ1全
体が外気と遮断されるので周囲のガスによる腐食などか
ら圧力センサチップ1を保護することもできる。
【0021】また、図3に示す圧力センサCのように、
金属製やプラスチック製などのハードカバー21に基準
圧力を導入するための開口20を設け、開口20を塞ぐ
ようにしてハードカバー21上面に第1の実施例と同様
にフィルム11を貼り付けることによって、圧力センサ
チップ1の圧力室6を外気から遮断することもできる。
このように開口20をフィルム11で塞いだハードカバ
ー21を設けることにより、圧力センサCに物が当たっ
た場合でも圧力センサチップ1が破損されず、外部から
の物理的刺激に対してより保護することができる。ま
た、基準圧力を導入するための別な導入装置(図示せ
ず)等の装着も容易に行なうことができる。
【0022】なお、フイルム11及びカバー16は柔軟
性を有しているので、ダイアフラム2の変位による圧力
室6若しくは空間17内の容積変化、及び外気温の変化
による圧力室6若しくは空間17内の体積膨張は、フィ
ルム11やカバー16の伸縮により吸収することがで
き、圧力センサの特性に影響することなく圧力変化を測
定することができる。
【0023】また、本実施例のように可動電極8と固定
電極9とを設けコンデンサを構成した静電容量型の圧力
センサチップ1に限らず、ダイアフラム2上に設けたピ
エゾ抵抗素子などのような歪み検出素子を設けた圧力セ
ンサチップについても適用できるのはいうまでもない。
【0024】
【発明の効果】本発明にあっては、圧力室が非通気性の
シート状材料によって外気と遮断されているので、外部
環境により圧力センサの特性が劣化したりせず、また、
シート状材料は柔軟性を有しているので、圧力室に外気
圧力をそのまま加えることができ、信頼性の高い圧力セ
ンサを提供することができる。特に静電容量型センサの
場合には、圧力室内の誘電率が変化せず、正確な圧力測
定を行なうことができる。
【0025】また、少なくとも圧力室を不活性ガスで充
填することにすれば、より効果的に湿気等の影響を防ぐ
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である圧力センサを示す断面
図である。
【図2】本発明の別な実施例である圧力センサを示す断
面図である。
【図3】本発明のさらに別な実施例である圧力センサを
示す断面図である。
【図4】従来例である圧力センサを示す断面図である。
【符号の説明】
2 ダイアフラム 6 圧力室 11 非通気性で柔軟性を有するフィルム 12 実装基板 17 非通気性で柔軟性を有するカバー 19 貫通孔 20 基準圧力を導入するための開口 21 ハードカバー

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイアフラムを支持させた支持基板に固
    定基板を貼り合わせ、前記支持基板と前記固定基板との
    間に設けた圧力室を外部と空間的につなげ、前記圧力室
    を非通気性及び柔軟性を有するシート状材料により外気
    から遮断したことを特徴とする圧力センサ。
  2. 【請求項2】 前記支持基板に前記固定基板を貼り合わ
    せてなる圧力センサチップに前記シート状材料を貼り合
    わせて前記圧力室と外部との連通部を塞いだことを特徴
    とする請求項1に記載の圧力センサ。
  3. 【請求項3】 前記支持基板に前記固定基板を貼り合わ
    せてなる圧力センサチップ全体を前記シート状材料から
    なるカバーで覆ったことを特徴とする請求項1に記載の
    圧力センサ。
  4. 【請求項4】 圧力導入口を設けたカバーにより前記支
    持基板に前記固定基板を貼り合わせてなる圧力センサチ
    ップ全体を覆い、前記カバーに前記シート状材料を貼り
    合わせ前記圧力導入口を塞いだことを特徴とする請求項
    1に記載の圧力センサ。
  5. 【請求項5】 一部が前記シート状材料からなる容器内
    に、前記支持基板に前記固定基板を貼り合わせた圧力セ
    ンサチップを納めたことを特徴とする請求項1に記載の
    圧力センサ。
  6. 【請求項6】 圧力導入口を設けた容器内に、前記支持
    基板に前記固定基板を貼り合わせた圧力センサチップを
    納め、前記容器に前記シート状材料を貼り合わせて前記
    圧力導入口を塞いだことを特徴とする請求項1に記載の
    圧力センサ。
  7. 【請求項7】 少なくとも前記圧力室に不活性ガスを封
    入したことを特徴とする請求項2、3、4、5又は6に
    記載の圧力センサ。
JP35282993A 1993-12-29 1993-12-29 圧力センサ Pending JPH07198515A (ja)

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JP35282993A JPH07198515A (ja) 1993-12-29 1993-12-29 圧力センサ

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JPH07198515A true JPH07198515A (ja) 1995-08-01

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JP35282993A Pending JPH07198515A (ja) 1993-12-29 1993-12-29 圧力センサ

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09285453A (ja) * 1996-04-23 1997-11-04 Citizen Watch Co Ltd 腕時計型血圧計
WO2003014688A1 (de) * 2001-07-20 2003-02-20 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor

Cited By (3)

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JPH09285453A (ja) * 1996-04-23 1997-11-04 Citizen Watch Co Ltd 腕時計型血圧計
WO2003014688A1 (de) * 2001-07-20 2003-02-20 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor
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