JPH07260611A - 静電容量型圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents
静電容量型圧力センサ及びその製造方法Info
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- JPH07260611A JPH07260611A JP7431094A JP7431094A JPH07260611A JP H07260611 A JPH07260611 A JP H07260611A JP 7431094 A JP7431094 A JP 7431094A JP 7431094 A JP7431094 A JP 7431094A JP H07260611 A JPH07260611 A JP H07260611A
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- pressure sensor
- electrode
- diaphragm
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 誘電体層２を挟んで接合された支持基板１
ａ，１ｂにそれぞれダイアフラム３ａ，３ｂを設け、各
ダイアフラム３ａ，３ｂの内面に可動電極４ａ，４ｂを
形成する。ダイアフラム３ａ，３ｂ間の空間は外気と完
全に遮断された密閉空間７とし、密閉空間７は真空に保
持させる。一方のダイアフラム３ａの外面には基準圧力
Ｐ0を導き、他方のダイアフラム３ｂの外面には測定圧
力Ｐを導き、可動電極４ａ，４ｂ間の静電容量の変化か
ら圧力を検出する。 【効果】 可動電極間は密閉空間となっていて測定圧力
等を導かない構造にしているので、圧力を導入するため
の媒体によって可動電極間の誘電率や可動電極の導電率
が変化したり、可動電極間に不純物や汚れ等が捕獲され
たりすることがなく、圧力センサの出力特性が安定す
る。
ａ，１ｂにそれぞれダイアフラム３ａ，３ｂを設け、各
ダイアフラム３ａ，３ｂの内面に可動電極４ａ，４ｂを
形成する。ダイアフラム３ａ，３ｂ間の空間は外気と完
全に遮断された密閉空間７とし、密閉空間７は真空に保
持させる。一方のダイアフラム３ａの外面には基準圧力
Ｐ0を導き、他方のダイアフラム３ｂの外面には測定圧
力Ｐを導き、可動電極４ａ，４ｂ間の静電容量の変化か
ら圧力を検出する。 【効果】 可動電極間は密閉空間となっていて測定圧力
等を導かない構造にしているので、圧力を導入するため
の媒体によって可動電極間の誘電率や可動電極の導電率
が変化したり、可動電極間に不純物や汚れ等が捕獲され
たりすることがなく、圧力センサの出力特性が安定す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静電容量型圧力センサ及
びその製造方法に関する。
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５（ａ）（ｂ）に示すものは、相対圧
検出方式の従来の静電容量型圧力センサＥの断面図及び
平面図である。従来の静電容量型圧力センサＥにあって
は、圧力で容易に変形する薄板状のダイアフラム５１を
備えたシリコン製の支持基板５２にガラス基板５３を接
合し、ダイアフラム５１に形成した可動電極５４とガラ
ス基板５３に設けた固定電極５５により静電容量を形成
している。
検出方式の従来の静電容量型圧力センサＥの断面図及び
平面図である。従来の静電容量型圧力センサＥにあって
は、圧力で容易に変形する薄板状のダイアフラム５１を
備えたシリコン製の支持基板５２にガラス基板５３を接
合し、ダイアフラム５１に形成した可動電極５４とガラ
ス基板５３に設けた固定電極５５により静電容量を形成
している。
【０００３】しかして、ダイアフラム５１の上面に設け
られている可動電極５４と固定電極５５の間の空間５６
に基準圧力もしくは測定圧力を与えるための媒体を導入
し、ダイアフラム５１の下面に測定圧力もしくは基準圧
力を得るための媒体を導入すると、基準圧力と測定圧力
との圧力差によってダイアフラム５１が変形するため、
可動電極５４と固定電極５５との距離が変化して両電極
５４，５５間の静電容量が変化する。よって、この両電
極５４，５５間の静電容量の変化を検出することによ
り、ダイアフラム５１の両面に掛かっている測定圧力と
基準圧力との差圧を検出することができる。
られている可動電極５４と固定電極５５の間の空間５６
に基準圧力もしくは測定圧力を与えるための媒体を導入
し、ダイアフラム５１の下面に測定圧力もしくは基準圧
力を得るための媒体を導入すると、基準圧力と測定圧力
との圧力差によってダイアフラム５１が変形するため、
可動電極５４と固定電極５５との距離が変化して両電極
５４，５５間の静電容量が変化する。よって、この両電
極５４，５５間の静電容量の変化を検出することによ
り、ダイアフラム５１の両面に掛かっている測定圧力と
基準圧力との差圧を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方式の圧力センサにあっては、静電容量を検出する
ための可動電極及び固定電極間に基準圧力もしくは測定
圧力を導入するための空気やガス、液体等の媒体が満た
されているため、用途や周囲の環境変化等によって当該
媒体の種類や組成が変化すると、両電極の間の誘電率や
導電率等の電気的特性が変化し、圧力センサの出力特性
が変化するという問題があった。特に、空気を圧力媒体
とする場合には、湿度や温度などの変化によって電気的
特性が変化し易かった。
うな方式の圧力センサにあっては、静電容量を検出する
ための可動電極及び固定電極間に基準圧力もしくは測定
圧力を導入するための空気やガス、液体等の媒体が満た
されているため、用途や周囲の環境変化等によって当該
媒体の種類や組成が変化すると、両電極の間の誘電率や
導電率等の電気的特性が変化し、圧力センサの出力特性
が変化するという問題があった。特に、空気を圧力媒体
とする場合には、湿度や温度などの変化によって電気的
特性が変化し易かった。
【０００５】また、媒体中に含まれる不純物が電極間に
捕獲された場合にも、圧力センサの出力特性に大きく影
響することになり、圧力センサの使用条件が大きく制限
されていた。
捕獲された場合にも、圧力センサの出力特性に大きく影
響することになり、圧力センサの使用条件が大きく制限
されていた。
【０００６】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、どのような
条件下でも出力特性の不具合が生じず、安定した出力を
得ることができる静電容量型圧力センサを提供すること
にある。
れたものであり、その目的とするところは、どのような
条件下でも出力特性の不具合が生じず、安定した出力を
得ることができる静電容量型圧力センサを提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の静電容量
型圧力センサは、２つのダイアフラムをギャップを隔て
て対向させ、当該ダイアフラム間に形成した密閉空間を
真空に保ち、密閉空間内において両ダイアフラムにそれ
ぞれ可動電極を形成したことを特徴としている。
型圧力センサは、２つのダイアフラムをギャップを隔て
て対向させ、当該ダイアフラム間に形成した密閉空間を
真空に保ち、密閉空間内において両ダイアフラムにそれ
ぞれ可動電極を形成したことを特徴としている。
【０００８】本発明の第２の静電容量型圧力センサは、
２つのダイアフラムをギャップを隔てて対向させ、当該
ダイアフラム間に形成した密閉空間を温度による容積変
化の小さな圧力媒体で満たし、密閉空間内において両ダ
イアフラムにそれぞれ可動電極を形成したことを特徴と
している。
２つのダイアフラムをギャップを隔てて対向させ、当該
ダイアフラム間に形成した密閉空間を温度による容積変
化の小さな圧力媒体で満たし、密閉空間内において両ダ
イアフラムにそれぞれ可動電極を形成したことを特徴と
している。
【０００９】また、上記静電容量型圧力センサにあって
は、前記密閉空間内において両ダイアフラム間に各可動
電極と対向させて固定電極を設けることができる。さら
に、前記ダイアフラムの厚みは互いに異なっていてもよ
い。
は、前記密閉空間内において両ダイアフラム間に各可動
電極と対向させて固定電極を設けることができる。さら
に、前記ダイアフラムの厚みは互いに異なっていてもよ
い。
【００１０】本発明の静電容量型圧力センサの製造方法
は、上記静電容量型圧力センサを製造するための方法で
あって、表面に凹部を形成された半導体基板を直接に、
あるいは固定電極を形成された固定基板を介して互いに
接合すると共に、前記凹部を互いに対向させることによ
って前記密閉空間を形成し、ついで、接合された半導体
基板に外面側からエッチングを施すことによって当該半
導体基板にダイアフラムを形成することを特徴としてい
る。
は、上記静電容量型圧力センサを製造するための方法で
あって、表面に凹部を形成された半導体基板を直接に、
あるいは固定電極を形成された固定基板を介して互いに
接合すると共に、前記凹部を互いに対向させることによ
って前記密閉空間を形成し、ついで、接合された半導体
基板に外面側からエッチングを施すことによって当該半
導体基板にダイアフラムを形成することを特徴としてい
る。
【００１１】
【作用】本発明の圧力センサにあっては、一方のダイア
フラムの外面へ基準圧力を導き、他方のダイアフラムの
外面へ測定圧力を導くと、各圧力によって両ダイアフラ
ムが内側へ撓み、可動電極間の距離が変化し、可動電極
間の静電容量が変化する。従って、この可動電極間の静
電容量の値と基準圧力の値から測定圧力を求めることが
できる。
フラムの外面へ基準圧力を導き、他方のダイアフラムの
外面へ測定圧力を導くと、各圧力によって両ダイアフラ
ムが内側へ撓み、可動電極間の距離が変化し、可動電極
間の静電容量が変化する。従って、この可動電極間の静
電容量の値と基準圧力の値から測定圧力を求めることが
できる。
【００１２】また、密閉空間内で可動電極と対向させて
固定電極を設けた圧力センサにあっては、一方のダイア
フラムの外面へ圧力を導き、他方のダイアフラムの外面
へ別な圧力を導くと、各圧力によって両ダイアフラムが
内側へ撓み、可動電極及び固定電極間の距離が変化し、
その静電容量が変化する。従って、この可動電極及び固
定電極間の静電容量値の変化から各圧力を求めることが
できる。
固定電極を設けた圧力センサにあっては、一方のダイア
フラムの外面へ圧力を導き、他方のダイアフラムの外面
へ別な圧力を導くと、各圧力によって両ダイアフラムが
内側へ撓み、可動電極及び固定電極間の距離が変化し、
その静電容量が変化する。従って、この可動電極及び固
定電極間の静電容量値の変化から各圧力を求めることが
できる。
【００１３】しかも、これらの圧力センサにおいては、
可動電極（及び固定電極）は密閉空間内に閉じ込められ
ているので、測定圧力や基準圧力を導入するための媒体
によって可動電極（及び固定電極）間の誘電率や可動電
極（及び固定電極）の導電率が変化したり、可動電極
（及び固定電極）間に不純物が捕獲されたりすることが
なく、媒体によって静電容量が影響を受けなくなって圧
力センサの出力特性が安定する。また、媒体によって可
動電極（及び固定電極）が変質したり腐食したりするこ
ともなく、圧力センサの耐環境性が向上する。
可動電極（及び固定電極）は密閉空間内に閉じ込められ
ているので、測定圧力や基準圧力を導入するための媒体
によって可動電極（及び固定電極）間の誘電率や可動電
極（及び固定電極）の導電率が変化したり、可動電極
（及び固定電極）間に不純物が捕獲されたりすることが
なく、媒体によって静電容量が影響を受けなくなって圧
力センサの出力特性が安定する。また、媒体によって可
動電極（及び固定電極）が変質したり腐食したりするこ
ともなく、圧力センサの耐環境性が向上する。
【００１４】さらに、密閉空間内に圧力媒体を充填して
あれば、圧力媒体によってダイアフラムに掛かる圧力を
支持させることができるので、大きな圧力を測定する用
途に適する。しかも、その圧力媒体として温度による容
積変化の小さな圧力媒体を用いれば温度特性を低下させ
ることもない。また、密閉空間を真空にしてあれば、密
閉空間内に充填する圧力媒体によって可動電極（及び固
定電極）が作用を受けることがなく、可動電極（及び固
定電極）の耐久性がより向上する。
あれば、圧力媒体によってダイアフラムに掛かる圧力を
支持させることができるので、大きな圧力を測定する用
途に適する。しかも、その圧力媒体として温度による容
積変化の小さな圧力媒体を用いれば温度特性を低下させ
ることもない。また、密閉空間を真空にしてあれば、密
閉空間内に充填する圧力媒体によって可動電極（及び固
定電極）が作用を受けることがなく、可動電極（及び固
定電極）の耐久性がより向上する。
【００１５】測定圧力範囲に合わせて２つのダイアフラ
ムの厚みを互いに異ならせれば、両測定圧力の圧力差が
大きい場合の使用に適した圧力センサを製作することが
できる。
ムの厚みを互いに異ならせれば、両測定圧力の圧力差が
大きい場合の使用に適した圧力センサを製作することが
できる。
【００１６】本発明にかかる製造方法にあっては、互い
に接合させた半導体基板に外面側からエッチングを施す
ことによって当該半導体基板にダイアフラムを形成して
いるので、両ダイアフラムを同時にエッチング加工する
ことができ、効率的にダイアフラムを形成することがで
きる。
に接合させた半導体基板に外面側からエッチングを施す
ことによって当該半導体基板にダイアフラムを形成して
いるので、両ダイアフラムを同時にエッチング加工する
ことができ、効率的にダイアフラムを形成することがで
きる。
【００１７】
【実施例】図１は本発明の一実施例による静電容量型圧
力センサＡを示す断面図及び平面図である。この圧力セ
ンサＡにあっては、シリコン製の２枚の支持基板１ａ，
１ｂが絶縁体である誘電体層２を介して接合されてお
り、各支持基板１ａ，１ｂに設けられた同じ厚さのダイ
アフラム３ａ，３ｂは適当なギャップを隔てて互いに対
向している。下の支持基板１ｂでは、ダイアフラム３ｂ
の内面に金属薄膜からなる可動電極４ｂが形成されてお
り、可動電極４ｂは同じく金属薄膜からなる引き出し配
線５により支持基板１ｂの端部に設けられた電極パッド
６ｂへ電気的に引き出されている。また、上の支持基板
１ａは不純物をドープされていて導電性（あるいは、イ
オン注入や不純物拡散等によって必要領域のみに導電性
を持たせてもよい。図４参照）を有しており、可動電極
４ｂと対向する領域に対となる可動電極４ａが形成され
ている。しかも、上の支持基板１ａを下の支持基板１ｂ
の端部に設けられた電極パッド６ａと接合させることに
より、上の可動電極４ａが当該電極パッド６ａに電気的
に接続されている。
力センサＡを示す断面図及び平面図である。この圧力セ
ンサＡにあっては、シリコン製の２枚の支持基板１ａ，
１ｂが絶縁体である誘電体層２を介して接合されてお
り、各支持基板１ａ，１ｂに設けられた同じ厚さのダイ
アフラム３ａ，３ｂは適当なギャップを隔てて互いに対
向している。下の支持基板１ｂでは、ダイアフラム３ｂ
の内面に金属薄膜からなる可動電極４ｂが形成されてお
り、可動電極４ｂは同じく金属薄膜からなる引き出し配
線５により支持基板１ｂの端部に設けられた電極パッド
６ｂへ電気的に引き出されている。また、上の支持基板
１ａは不純物をドープされていて導電性（あるいは、イ
オン注入や不純物拡散等によって必要領域のみに導電性
を持たせてもよい。図４参照）を有しており、可動電極
４ｂと対向する領域に対となる可動電極４ａが形成され
ている。しかも、上の支持基板１ａを下の支持基板１ｂ
の端部に設けられた電極パッド６ａと接合させることに
より、上の可動電極４ａが当該電極パッド６ａに電気的
に接続されている。
【００１８】上下のダイアフラム３ａ，３ｂ間に形成さ
れているギャップは、両支持基板１ａ，１ｂを誘電体層
２を介して接合することにより密閉空間７となってお
り、密閉空間７は外気と遮断され、真空に保持されてい
る。但し、下の支持基板１ｂと誘電体層２とは引き出し
配線５を挟んで接合されているため、この引き出し配線
５の箇所から密閉空間７の真空が漏れる恐れがある。こ
のため引き出し配線５の箇所ではシール部８によって密
閉空間７と外気とを完全に隔離している。シール部８
は、例えば低融点ガラスや有機樹脂等で引き出し配線５
もしくはその近傍の領域を封止することによって形成さ
れている。
れているギャップは、両支持基板１ａ，１ｂを誘電体層
２を介して接合することにより密閉空間７となってお
り、密閉空間７は外気と遮断され、真空に保持されてい
る。但し、下の支持基板１ｂと誘電体層２とは引き出し
配線５を挟んで接合されているため、この引き出し配線
５の箇所から密閉空間７の真空が漏れる恐れがある。こ
のため引き出し配線５の箇所ではシール部８によって密
閉空間７と外気とを完全に隔離している。シール部８
は、例えば低融点ガラスや有機樹脂等で引き出し配線５
もしくはその近傍の領域を封止することによって形成さ
れている。
【００１９】しかして、この圧力センサＡにあっては、
両ダイアフラム３ａ，３ｂの外面にそれぞれ基準圧力Ｐ
0と測定圧力Ｐとが導かれる。両ダイアフラム３ａ，３
ｂに基準圧力Ｐ0と測定圧力Ｐとがかかると、両圧力に
よってダイアフラム３ａ，３ｂが撓むので、可動電極４
ａ，４ｂ間の静電容量が変化し、当該静電容量値の変化
から基準圧力Ｐ0と測定圧力Ｐとの和を求めることがで
き、基準圧力Ｐ0の値が分かっていれば、測定圧力Ｐを
知ることができる。さらに、基準圧力Ｐ0が既知で出力
が初期校正されていれば、従来の圧力センサと同様に、
処理回路から測定圧力Ｐと基準圧力Ｐ0との差圧を出力
させることもできる。
両ダイアフラム３ａ，３ｂの外面にそれぞれ基準圧力Ｐ
0と測定圧力Ｐとが導かれる。両ダイアフラム３ａ，３
ｂに基準圧力Ｐ0と測定圧力Ｐとがかかると、両圧力に
よってダイアフラム３ａ，３ｂが撓むので、可動電極４
ａ，４ｂ間の静電容量が変化し、当該静電容量値の変化
から基準圧力Ｐ0と測定圧力Ｐとの和を求めることがで
き、基準圧力Ｐ0の値が分かっていれば、測定圧力Ｐを
知ることができる。さらに、基準圧力Ｐ0が既知で出力
が初期校正されていれば、従来の圧力センサと同様に、
処理回路から測定圧力Ｐと基準圧力Ｐ0との差圧を出力
させることもできる。
【００２０】しかも、このような構造の圧力センサＡで
は、可動電極４ａ，４ｂの設けられている密閉空間７が
外気と遮断されており、しかも真空となっているので、
基準圧力Ｐ0や測定圧力Ｐを導くための媒体（空気のよ
うな気体や液体など）の種類や組成、媒体に含まれる湿
気や汚れ等によって可動電極４ａ，４ｂ間の誘電率や可
動電極４ａ，４ｂ等の導電率が変化したりすることがな
く、圧力センサＡの出力が安定する。さらに、可動電極
４ａ，４ｂ等が周囲のガスで腐食させられたりすること
もなく、圧力センサＡの耐環境性も向上する。
は、可動電極４ａ，４ｂの設けられている密閉空間７が
外気と遮断されており、しかも真空となっているので、
基準圧力Ｐ0や測定圧力Ｐを導くための媒体（空気のよ
うな気体や液体など）の種類や組成、媒体に含まれる湿
気や汚れ等によって可動電極４ａ，４ｂ間の誘電率や可
動電極４ａ，４ｂ等の導電率が変化したりすることがな
く、圧力センサＡの出力が安定する。さらに、可動電極
４ａ，４ｂ等が周囲のガスで腐食させられたりすること
もなく、圧力センサＡの耐環境性も向上する。
【００２１】図２（ａ）（ｂ）は本発明による別な実施
例を示す断面図及び平面図である。この圧力センサＢに
あっては、誘電体からなる絶縁性の固定基板９の上下に
導電性を有するシリコン製の支持基板１ａ，１ｂを接合
してあり、上下の支持基板１ａ，１ｂには同じ厚みの薄
板状のダイアフラム３ａ，３ｂが形成されている。上下
のダイアフラム３ａ，３ｂ間において固定基板９の両面
に形成されている密閉空間７は固定基板９に貫通させた
通気孔１０を介して連通させられている。この密閉空間
７の領域において固定基板９の上下両面には固定電極１
１が設けられており、両面の固定電極１１は通気孔１０
の内周面に設けた電極膜１２を介して導通させられてお
り、さらに固定電極１１は固定基板９の上面に設けた引
き出し配線１３を通じて固定基板９の端部の電極パッド
６ｃに接続されている。上のダイアフラム３ａの内面に
は、固定電極１１と対向させて可動電極４ａが形成され
ており、当該可動電極４ａは固定基板９の上面に設けた
電極パッド６ａに電気的に接続されている。また、下の
ダイアフラム３ｂの内面にも固定電極１１と対向させて
可動電極４ｂが形成されており、当該可動電極４ｂは固
定基板９に設けたバイアホール等を介して固定基板９の
上面に設けた電極パッド６ｂに電気的に接続されてい
る。なお、この実施例においても、固定基板９と支持基
板１ａ，１ｂの間に配線されている引き出し配線１３の
部分では、シール部８によって封止することにより密閉
空間７と外気とを遮断し、密閉空間７内には温度によっ
て容積変化の生じにくい圧力媒体（例えば、シリコンオ
イル）を充填させてある。
例を示す断面図及び平面図である。この圧力センサＢに
あっては、誘電体からなる絶縁性の固定基板９の上下に
導電性を有するシリコン製の支持基板１ａ，１ｂを接合
してあり、上下の支持基板１ａ，１ｂには同じ厚みの薄
板状のダイアフラム３ａ，３ｂが形成されている。上下
のダイアフラム３ａ，３ｂ間において固定基板９の両面
に形成されている密閉空間７は固定基板９に貫通させた
通気孔１０を介して連通させられている。この密閉空間
７の領域において固定基板９の上下両面には固定電極１
１が設けられており、両面の固定電極１１は通気孔１０
の内周面に設けた電極膜１２を介して導通させられてお
り、さらに固定電極１１は固定基板９の上面に設けた引
き出し配線１３を通じて固定基板９の端部の電極パッド
６ｃに接続されている。上のダイアフラム３ａの内面に
は、固定電極１１と対向させて可動電極４ａが形成され
ており、当該可動電極４ａは固定基板９の上面に設けた
電極パッド６ａに電気的に接続されている。また、下の
ダイアフラム３ｂの内面にも固定電極１１と対向させて
可動電極４ｂが形成されており、当該可動電極４ｂは固
定基板９に設けたバイアホール等を介して固定基板９の
上面に設けた電極パッド６ｂに電気的に接続されてい
る。なお、この実施例においても、固定基板９と支持基
板１ａ，１ｂの間に配線されている引き出し配線１３の
部分では、シール部８によって封止することにより密閉
空間７と外気とを遮断し、密閉空間７内には温度によっ
て容積変化の生じにくい圧力媒体（例えば、シリコンオ
イル）を充填させてある。
【００２２】しかして、この圧力センサＢにあっては、
上のダイアフラム３ａに掛かる圧力は上の可動電極４ａ
と固定電極１１の間の静電容量の変化として検知でき、
下のダイアフラム３ｂに掛かる圧力は下の可動電極４ｂ
と固定電極１１の間の静電容量の変化として検知でき、
両圧力を互いに独立して検知することができる。また、
上下の可動電極４ａ，４ｂ間の静電容量値の変化からは
両圧力の和を検知することができる。さらに、両圧力を
独立して検知できるから、両圧力の圧力差を出力させる
こともできる。また、密閉空間７内には温度によって容
積変化の生じにくい圧力媒体（例えば、シリコンオイ
ル）を充填させてあるので、密閉空間７内の圧力媒体に
よってダイアフラム３ａ，３ｂに掛かる圧力を支持させ
ることができ、ダイアフラム３ａ，３ｂの耐圧性を向上
させることができる。しかも、この圧力媒体は温度変化
によって容積が変化しないので、周囲温度によって密閉
空間７内の容積や圧力が変化せず、圧力センサＣの温度
安定性を保つことができる。
上のダイアフラム３ａに掛かる圧力は上の可動電極４ａ
と固定電極１１の間の静電容量の変化として検知でき、
下のダイアフラム３ｂに掛かる圧力は下の可動電極４ｂ
と固定電極１１の間の静電容量の変化として検知でき、
両圧力を互いに独立して検知することができる。また、
上下の可動電極４ａ，４ｂ間の静電容量値の変化からは
両圧力の和を検知することができる。さらに、両圧力を
独立して検知できるから、両圧力の圧力差を出力させる
こともできる。また、密閉空間７内には温度によって容
積変化の生じにくい圧力媒体（例えば、シリコンオイ
ル）を充填させてあるので、密閉空間７内の圧力媒体に
よってダイアフラム３ａ，３ｂに掛かる圧力を支持させ
ることができ、ダイアフラム３ａ，３ｂの耐圧性を向上
させることができる。しかも、この圧力媒体は温度変化
によって容積が変化しないので、周囲温度によって密閉
空間７内の容積や圧力が変化せず、圧力センサＣの温度
安定性を保つことができる。
【００２３】図３（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実
施例による静電容量型圧力センサＣを示す断面図及び平
面図である。この圧力センサＣにあっては、２つのダイ
アフラム３ａ，３ｂの厚みを互いに異ならせている。例
えば、上のダイアフラム３ａの厚みを下のダイアフラム
３ｂの厚みよりも大きくし、上のダイアフラム３ａの剛
性を高くしてある。すなわち、この圧力センサＣでは、
上下に印加される圧力の大きさ（測定範囲）に応じてダ
イアフラム３ａ，３ｂの厚みを異ならせてあり、上下に
大きな圧力差のある圧力が印加される場合にも用いるこ
とができ、用途に応じた高精度の圧力センサＣを作製す
ることができる。特に、図示のように固定電極１１を備
えている場合には、大きな圧力差のある２つの圧力を独
立して同時に測定することができる。
施例による静電容量型圧力センサＣを示す断面図及び平
面図である。この圧力センサＣにあっては、２つのダイ
アフラム３ａ，３ｂの厚みを互いに異ならせている。例
えば、上のダイアフラム３ａの厚みを下のダイアフラム
３ｂの厚みよりも大きくし、上のダイアフラム３ａの剛
性を高くしてある。すなわち、この圧力センサＣでは、
上下に印加される圧力の大きさ（測定範囲）に応じてダ
イアフラム３ａ，３ｂの厚みを異ならせてあり、上下に
大きな圧力差のある圧力が印加される場合にも用いるこ
とができ、用途に応じた高精度の圧力センサＣを作製す
ることができる。特に、図示のように固定電極１１を備
えている場合には、大きな圧力差のある２つの圧力を独
立して同時に測定することができる。
【００２４】なお、図１のような構造の圧力センサＡに
おいて、密閉空間７内に温度によって容積変化の生じに
くい圧力媒体を充填してもよい。図２及び図３のような
構造の圧力センサＢ，Ｃにおいて、密閉空間７内を真空
にしてもよい。また、図１のような圧力センサＡでダイ
アフラム３ａ，３ｂの厚みを異ならせてもよい。
おいて、密閉空間７内に温度によって容積変化の生じに
くい圧力媒体を充填してもよい。図２及び図３のような
構造の圧力センサＢ，Ｃにおいて、密閉空間７内を真空
にしてもよい。また、図１のような圧力センサＡでダイ
アフラム３ａ，３ｂの厚みを異ならせてもよい。
【００２５】図４（ａ）〜（ｈ）は本発明の圧力センサ
の製造手順を示す断面図である。ここでは、図２の圧力
センサＢとほぼ同様な圧力センサＤを製造する場合を図
示しているが、図１や図３の圧力センサＡ，Ｃを製造す
る場合にも同様な手順によって製造することができるこ
とはいうまでもない。以下、図４の各図に従って説明す
る。まず、図４（ａ）に示すようにＳｉ基板２１の下面
にボロン（Ｂ）等のドーパントを拡散させて導電層２２
を形成した後、ダイアフラム形成領域において導電層２
２の表面を浅くエッチングしてギャップ部２３を凹設す
る（図４（ｂ））。ついで、Ｓｉ基板２１の上面にＳｉ
Ｎ膜２４を形成し、ＳｉＮ膜２４をエッチングすること
によりダイアフラム３ａを形成するためのエッチング用
窓２５をＳｉＮ膜２４に開口し、導電層２２のシール部
８を形成する領域に低融点ガラスや有機樹脂等のシール
材２６を塗布する（図４（ｃ））。同様にして、別なＳ
ｉ基板２７の上面にボロン（Ｂ）等のドーパントを拡散
させて導電層２８を形成し（図４（ｄ））、ダイアフラ
ム形成領域において導電層２８の表面を浅くエッチング
してギャップ部２９を凹設する（図４（ｅ））。つい
で、Ｓｉ基板２７の下面にＳｉＮ膜２４を形成し、Ｓｉ
Ｎ膜２４をエッチングすることによりダイアフラム３ｂ
を形成するためのエッチング用窓２５をＳｉＮ膜２４に
開口する。一方、パイレックスガラス等の固定基板９に
通気孔１０を貫通させ、固定基板９に上下両面の固定電
極１１や上面の電極パッド６ａ，６ｂ，６ｃを形成する
と共に通気孔１０内周面の電極膜１２を介して上下両面
の固定電極１１を導通させる。ついで、固定電極１１等
を形成された固定基板９をＳｉ基板２７の導電層２８の
上に重ねて陽極接合する（図４（ｆ））。さらに、真空
雰囲気（もしくは、シリコンオイル等の圧力媒体）中
で、Ｓｉ基板２７に接合された固定基板９の上にＳｉ基
板２１を重ねて陽極接合する（図４（ｇ））。これによ
りギャップ部２３，２９間に密閉空間７が形成されると
共に密閉空間７が真空に保たれる（あるいは、圧力媒体
を充填される）。また、引き出し配線１３の部分にはシ
ール材２６によってシール部８が形成され、密閉空間７
が完全に気密構造に保たれる。この後、ＫＯＨやＴＭＡ
Ｈ等のエッチング液を用い、上下のＳｉＮ膜２４のエッ
チング用窓２５を通してＳｉ基板２１，２７を導電層２
２，２８に達するまでディープエッチングし、導電層２
２，２８からなるダイアフラム３ａ，３ｂを同時に形成
し（図４（ｈ））、固定基板９の上下に支持基板１ａ，
１ｂを形成する。最後に、上下のＳｉＮ膜２４を剥離さ
せ、上の支持基板１ａの端部（ハッチング部分）をエッ
チングして固定基板９の上の電極パッド６ａ，６ｂ，６
ｃを露出させる。なお、この方法では、ボロンの拡散深
さ（導電層２２，２８の厚み）とギャップ部２３，２９
のエッチング深さとによってダイアフラム３ａ，３ｂの
厚みを制御することができ、測定圧力範囲に応じた厚み
にダイアフラム３ａ，３ｂを形成できる。
の製造手順を示す断面図である。ここでは、図２の圧力
センサＢとほぼ同様な圧力センサＤを製造する場合を図
示しているが、図１や図３の圧力センサＡ，Ｃを製造す
る場合にも同様な手順によって製造することができるこ
とはいうまでもない。以下、図４の各図に従って説明す
る。まず、図４（ａ）に示すようにＳｉ基板２１の下面
にボロン（Ｂ）等のドーパントを拡散させて導電層２２
を形成した後、ダイアフラム形成領域において導電層２
２の表面を浅くエッチングしてギャップ部２３を凹設す
る（図４（ｂ））。ついで、Ｓｉ基板２１の上面にＳｉ
Ｎ膜２４を形成し、ＳｉＮ膜２４をエッチングすること
によりダイアフラム３ａを形成するためのエッチング用
窓２５をＳｉＮ膜２４に開口し、導電層２２のシール部
８を形成する領域に低融点ガラスや有機樹脂等のシール
材２６を塗布する（図４（ｃ））。同様にして、別なＳ
ｉ基板２７の上面にボロン（Ｂ）等のドーパントを拡散
させて導電層２８を形成し（図４（ｄ））、ダイアフラ
ム形成領域において導電層２８の表面を浅くエッチング
してギャップ部２９を凹設する（図４（ｅ））。つい
で、Ｓｉ基板２７の下面にＳｉＮ膜２４を形成し、Ｓｉ
Ｎ膜２４をエッチングすることによりダイアフラム３ｂ
を形成するためのエッチング用窓２５をＳｉＮ膜２４に
開口する。一方、パイレックスガラス等の固定基板９に
通気孔１０を貫通させ、固定基板９に上下両面の固定電
極１１や上面の電極パッド６ａ，６ｂ，６ｃを形成する
と共に通気孔１０内周面の電極膜１２を介して上下両面
の固定電極１１を導通させる。ついで、固定電極１１等
を形成された固定基板９をＳｉ基板２７の導電層２８の
上に重ねて陽極接合する（図４（ｆ））。さらに、真空
雰囲気（もしくは、シリコンオイル等の圧力媒体）中
で、Ｓｉ基板２７に接合された固定基板９の上にＳｉ基
板２１を重ねて陽極接合する（図４（ｇ））。これによ
りギャップ部２３，２９間に密閉空間７が形成されると
共に密閉空間７が真空に保たれる（あるいは、圧力媒体
を充填される）。また、引き出し配線１３の部分にはシ
ール材２６によってシール部８が形成され、密閉空間７
が完全に気密構造に保たれる。この後、ＫＯＨやＴＭＡ
Ｈ等のエッチング液を用い、上下のＳｉＮ膜２４のエッ
チング用窓２５を通してＳｉ基板２１，２７を導電層２
２，２８に達するまでディープエッチングし、導電層２
２，２８からなるダイアフラム３ａ，３ｂを同時に形成
し（図４（ｈ））、固定基板９の上下に支持基板１ａ，
１ｂを形成する。最後に、上下のＳｉＮ膜２４を剥離さ
せ、上の支持基板１ａの端部（ハッチング部分）をエッ
チングして固定基板９の上の電極パッド６ａ，６ｂ，６
ｃを露出させる。なお、この方法では、ボロンの拡散深
さ（導電層２２，２８の厚み）とギャップ部２３，２９
のエッチング深さとによってダイアフラム３ａ，３ｂの
厚みを制御することができ、測定圧力範囲に応じた厚み
にダイアフラム３ａ，３ｂを形成できる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の圧力センサによれば、可動電極
（及び固定電極）は密閉空間内に閉じ込められているの
で、圧力以外の外乱を受けることがなく、測定圧力や基
準圧力等を導入するための媒体によって可動電極（及び
固定電極）間の誘電率や可動電極（及び固定電極）の導
電率が変化したり、可動電極（及び固定電極）間に不純
物や汚れ等が捕獲されたりすることがなく、媒体によっ
て静電容量が影響を受けなくなって圧力センサの出力特
性が安定する。また、媒体によって可動電極（及び固定
電極）が変質したり腐食したりすることもなく、圧力セ
ンサの耐環境性が向上する。
（及び固定電極）は密閉空間内に閉じ込められているの
で、圧力以外の外乱を受けることがなく、測定圧力や基
準圧力等を導入するための媒体によって可動電極（及び
固定電極）間の誘電率や可動電極（及び固定電極）の導
電率が変化したり、可動電極（及び固定電極）間に不純
物や汚れ等が捕獲されたりすることがなく、媒体によっ
て静電容量が影響を受けなくなって圧力センサの出力特
性が安定する。また、媒体によって可動電極（及び固定
電極）が変質したり腐食したりすることもなく、圧力セ
ンサの耐環境性が向上する。
【００２７】さらに、密閉空間内に圧力媒体を充填して
あれば、圧力媒体によってダイアフラムに掛かる圧力を
支持させることができるので、大きな圧力を測定する用
途に適する。しかも、その圧力媒体として温度による容
積変化の小さな圧力媒体を用いれば温度特性を低下させ
ることもない。また、密閉空間を真空にしてあれば、密
閉空間内に充填する圧力媒体によって可動電極（及び固
定電極）が作用を受けることがなく、可動電極（及び固
定電極）の耐久性がより向上する。さらに、測定圧力範
囲に合わせて２つのダイアフラムの厚みを互いに異なら
せれば、両測定圧力の圧力差が大きい場合の使用に適し
た圧力センサを製作することができる。
あれば、圧力媒体によってダイアフラムに掛かる圧力を
支持させることができるので、大きな圧力を測定する用
途に適する。しかも、その圧力媒体として温度による容
積変化の小さな圧力媒体を用いれば温度特性を低下させ
ることもない。また、密閉空間を真空にしてあれば、密
閉空間内に充填する圧力媒体によって可動電極（及び固
定電極）が作用を受けることがなく、可動電極（及び固
定電極）の耐久性がより向上する。さらに、測定圧力範
囲に合わせて２つのダイアフラムの厚みを互いに異なら
せれば、両測定圧力の圧力差が大きい場合の使用に適し
た圧力センサを製作することができる。
【００２８】また、本発明にかかる製造方法によれば、
両ダイアフラムを同時にエッチング加工することがで
き、効率的に、かつ精度よくダイアフラムを作製するこ
とができる。
両ダイアフラムを同時にエッチング加工することがで
き、効率的に、かつ精度よくダイアフラムを作製するこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例による静電容量型圧力センサ
を示す断面図及び平面図である。
を示す断面図及び平面図である。
【図２】本発明の別な実施例による静電容量型圧力セン
サを示す断面図及び平面図である。
サを示す断面図及び平面図である。
【図３】本発明のさらに別な実施例による静電容量型圧
力センサを示す断面図及び平面図である。
力センサを示す断面図及び平面図である。
【図４】（ａ）〜（ｈ）は同上の静電容量型圧力センサ
の製造方法を示す断面図である。
の製造方法を示す断面図である。
【図５】従来の静電容量型圧力センサを示す断面図及び
平面図である。
平面図である。
１ａ，１ｂ 支持基板 ２ 誘電体層 ３ａ，３ｂ ダイアフラム ４ａ，４ｂ 可動電極 ７ 密閉空間 ９ 固定基板 １１ 固定電極
Claims (5)
- 【請求項１】 ２つのダイアフラムをギャップを隔てて
対向させ、当該ダイアフラム間に形成した密閉空間を真
空に保ち、当該密閉空間内において両ダイアフラムにそ
れぞれ可動電極を形成したことを特徴とする静電容量型
圧力センサ。 - 【請求項２】 ２つのダイアフラムをギャップを隔てて
対向させ、当該ダイアフラム間に形成した密閉空間を温
度による容積変化の小さな圧力媒体で満たし、密閉空間
内において両ダイアフラムにそれぞれ可動電極を形成し
たことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 【請求項３】 前記密閉空間内において両ダイアフラム
間に各可動電極と対向させて固定電極を設けたことを特
徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型圧力セン
サ。 - 【請求項４】 前記ダイアフラムの厚みが互いに異なる
ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の静電容量
型圧力センサ。 - 【請求項５】 請求項１，２，３又は４に記載の静電容
量型圧力センサの製造方法であって、 表面に凹部を形成された半導体基板を直接に、あるいは
固定電極を形成された固定基板を介して互いに接合する
と共に、前記凹部を互いに対向させることによって前記
密閉空間を形成し、ついで、接合された半導体基板に外
面側からエッチングを施すことによって当該半導体基板
にダイアフラムを形成することを特徴とする静電容量型
圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7431094A JPH07260611A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 静電容量型圧力センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7431094A JPH07260611A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 静電容量型圧力センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260611A true JPH07260611A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=13543435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7431094A Pending JPH07260611A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 静電容量型圧力センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07260611A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014533983A (ja) * | 2011-10-07 | 2014-12-18 | スンシル ユニバーシティー リサーチ コンソルティウム テクノーパークＳｏｏｎｇｓｉｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ Ｔｅｃｈｎｏ−Ｐａｒｋ | 眼圧センサー及びその製造方法 |
-
1994
- 1994-03-18 JP JP7431094A patent/JPH07260611A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014533983A (ja) * | 2011-10-07 | 2014-12-18 | スンシル ユニバーシティー リサーチ コンソルティウム テクノーパークＳｏｏｎｇｓｉｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ Ｔｅｃｈｎｏ−Ｐａｒｋ | 眼圧センサー及びその製造方法 |
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