JPH09178578A - 静電容量型センサ - Google Patents
静電容量型センサInfo
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- JPH09178578A JPH09178578A JP35125195A JP35125195A JPH09178578A JP H09178578 A JPH09178578 A JP H09178578A JP 35125195 A JP35125195 A JP 35125195A JP 35125195 A JP35125195 A JP 35125195A JP H09178578 A JPH09178578 A JP H09178578A
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Abstract
く,かつ小型化が可能な静電容量型センサを提供する。 【構成】 静電容量型センサは固定基板10と半導体基板
20とが陽極接合されることにより構成される。半導体基
板20において,ダイアフラム21が形成されている部分に
センサ・ギャップとなる凹所22が形成されている。この
凹部22と段部24との間に配線用溝23が形成されている。
配線用溝23は段部24に平行に延び,途中で曲がって段部
24へ向かっている。段部24および配線用溝23に第1の絶
縁膜26が形成され,その上に第2の絶縁膜27が形成され
る。第2の絶縁膜27によって配線用溝23内に溝狭窄部28
が形成される。半導体基板20の段部24側に露出している
部分29には第3の絶縁膜30が形成される。固定電極11か
ら延びる接続電極12とワイヤボンディング・パッド31か
ら延びる接続電極32は,配線用溝23内で圧着される。
Description
動,加速度,その他の物理量を検出する静電容量型セン
サに関する。
流体の圧力を検出する圧力センサや,加速度,振動等を
検出する加速度センサがある。
サを示す一部切り欠き平面図,図11は図10のXI−XI
線にそう断面図,図12は図10の XII− XII線にそう
断面図である。図11および図12において,作図の便
宜上および理解の容易のため肉厚(特に電極,絶縁膜の
肉厚)が実際よりも厚く強調して描かれている。
基板101 とガラス等の絶縁性材料から形成される固定基
板102 とを陽極接合することによって構成される。
(図11および図12において)を,エッチングによっ
て削り取ることにより薄肉のダイアフラム103 が形成さ
れている。半導体基板101 の上面には,ダイアフラム10
3 に対応する箇所に円形の凹部106 が形成されている。
また,半導体基板101 の上面の右端部に,ワイヤボンデ
ィング・パッド110 および113 を配置するための段部10
4 が形成されている。さらに半導体基板101 の上面に
は,凹部106 から段部104 へ通じる直線状の配線用溝10
7 が形成されている。シリコン半導体基板101 は導電性
を示すので,ダイアフラム103 は可動電極として働く。
電極)103 に対向する面(固定基板102 の下面)には,
アルミニウム等を蒸着することによって固定電極105 が
形成されている。固定電極105 の一部から細長い接続電
極108 が外方に向って延びている。この接続電極108 は
配線用溝107 に対応する位置において固定基板102 の下
面に形成されている。
109 が形成され,この絶縁膜109 上に固定電極用ワイヤ
ボンディング・パッド110 が形成されている。固定電極
ワイヤボンディング・パッド110 の一部から細長い接続
電極111 が配線用溝107 を通して凹部106 の方向に延び
ている。接続電極108 および111 は配線用溝107 の側面
に接触しないように,配線用溝107 よりも幅がやや狭く
形成されている。
を陽極接合するときに,接続電極108 の先端部と接続電
極111 の先端部と(これらの先端部はインターコネクテ
ィング・パッドと呼ばれる)が,配線用溝107 内におい
て圧着される。これにより,固定電極105 と固定電極用
ワイヤボンディング・パッド110 が電気的に接続され
る。
合されたのち,固定基板102 の右端部(鎖線102aで示
す)がダイシングによって切断される。
じる穴112 が形成され,穴112 内に可動電極用ワイヤボ
ンディング・パッド113 が形成されている。固定電極10
5 および可動電極103 はワイヤボンディング・パッド11
0 および113 上にボンディングされたワイヤ(図示略)
をそれぞれ通して外部の静電容量計測回路(圧力検出回
路;図示略)に接続される。
力検出用間隙(センサ・ギャップ)を形成し,このギャ
ップを挟んで固定電極105 と可動電極103 とが対向して
いる。凹部106 内には配線用溝107 を通して大気が導入
されている。
られる。加えられる被測定圧力に応じてダイアフラム
(可動電極)103 が上下方向に変位(振動)する。可動
電極103 と固定電極105 との間の間隙が変化することに
よりこれらの電極103 ,105 間の静電容量Cが変化す
る。この静電容量Cの変化または静電容量Cの逆数1/
Cの変化(一般的には逆数1/Cがセンサ出力として用
いられる)が静電容量測定回路において圧力を表わす信
号に変換される。
ンサには,以下のような問題点があった。
圧力センサ・チップに分割したり,固定基板102 の一部
102aをダイシングによって切取るとき,および圧力セン
サの使用時に,配線用溝107 からダイシングかすや塵埃
がセンサ・ギャップ106 内に入り込み,ダイアフラム10
3 の変位を妨げるので,センサ特性が劣化する。
グ工程と段部104 を形成するためのエッチング工程とが
別個に行なわれるため,マスク・パターニングのずれ等
によって二重にエッチングされる領域が生じることがあ
る(配線用溝107 内の段部114 )。このような段部114
があると,半導体基板101 と固定基板102 とを陽極接合
するときに,段部114 の角に電界が集中し,これによる
放電のために固定電極105 の一部の破壊,接続電極108
,111 の断線が生じたり,シリコン半導体基板101 の
表面に突起が生じたりすることがある。
(符号115 で示す)でシリコン半導体基板101 の一部が
露出しているため,この露出部分とワイヤボンディング
・パッド110 との間にリーク電流が流れ,特に高湿状態
における容量不安定の原因となる。
ワイヤボンディング・パッド110 との間に接続電極108
,111 が直線状にのびているので,センサ・チップの
サイズが大きくなる。
が入りにくい構造の静電容量型センサを提供することを
目的とする。
化が可能な構造を提供することを目的とする。
面に流れるリーク電流の発生を防止することを目的とす
る。
を陽極接合するときに電極の破壊,断線等を生じないよ
うにするものである。
体基板と固定基板とが接合され,上記半導体基板と上記
固定基板との間に検出用間隙が形成され,上記検出用間
隙内において,上記半導体基板の一部が可動電極とな
り,上記固定基板には固定電極が上記可動電極に対向す
る位置に形成され,上記半導体基板および上記固定基板
のいずれか一方に固定電極用パッドが形成され,上記半
導体基板および上記固定基板の少なくともいずれか一方
に,上記検出用間隙から上記固定電極用パッドの方向に
向う配線用溝が形成され,上記配線用溝内に溝壁との間
に間隙をあけて,上記固定電極を上記固定電極用パッド
に接続するための接続電極が設けられているものであ
る。
度(振動)センサ等として用いられる。圧力センサの場
合には,上記半導体基板に,上記検出用間隙の部分おい
て,加えられる圧力によって変形するダイアフラムが形
成される。加速度センサの場合には,上記半導体基板
に,上記検出用間隙の部分において,加えられる加速度
または振動に応じて変位するウエイトが設けられよう。
よいし,半導体基板でもよい。固定基板が半導体基板の
場合には半導体基板の一部が上記固定電極として働くこ
とになろう。
一部に狭窄構造が形成されていることである。
面に絶縁膜を設けることによって形成される。
窄構造となっているので,ダイシング加工時やセンサの
使用する時に,配線用溝からダイシングかすや塵埃が検
出用間隙(センサ・ギャップ)内に入り込むことを防ぐ
ことができる。
ほぼ直角に滑らかに曲っていることである。
って直線状に形成するのではなく,検出用間隙から側方
に延ばしほぼ直角に曲げて上記固定電極用パッドに向わ
せることができるので,基板上の不要なスペースを利用
して配線用溝を設け,かつその長さを必要な程度に長く
することができる。これによってセンサの小型化が可能
となる。また,とくに,次に述べるように,2つの電極
を圧着することにより上記接続電極を形成する場合に
は,これらの電極を配置しかつ圧着するための長さを充
分に確保することができる。
が,上記固定電極の一部から上記配線用溝内を通って上
記ワイヤボンディング・パッドの方向に延びる第1の接
続電極と,上記ワイヤボンディング・パッドから上記配
線用溝を通って上記固定電極の方向に延びる第2の接続
電極とから構成され,上記第1の接続電極と上記第2の
接続電極が上記配線用溝内で圧着されている。
上記半導体基板に形成され,上記配線用溝の底面に絶縁
膜が形成されていることである。この特徴は特に,上記
配線用溝が少なくとも2つの深さの異なる部分を有して
いる場合に有効であり,上記絶縁膜によって上記深さの
異なる部分の境界を滑らかに連続させることができる。
きに,配線用溝の各部に電界が集中することが防止され
る。したがって,電界の集中,放電に起因して半導体基
板の表面に突起が生じたり,電極が破壊したり,接続電
極が断線したりすることを未然に防止できる。
の上記固定電極と接合している側において外部に露出し
ている部分の表面が絶縁膜で覆われていることである。
の接合部分よりも突出した部分を有し,この突出部分が
固定基板の接合部分よりも薄く形成された段部であって
この段部にのぞむ半導体基板の切断面が露出している場
合に有効であり,この露出した切断面に絶縁膜が形成さ
れる。
形成されているので,半導体基板と固定電極用パッドと
の間に生ずるリーク電流の発生を防止することができ,
センサの誤作動が減少する。
図2は一部切り欠き拡大平面図,図3は図2のIII −II
I 線にそう断面図,図4は図2のIV−IV線にそう断面
図,図5は図2のV−V線にそう断面図である。図6か
ら図9はシリコン半導体基板上に絶縁膜を形成するプロ
セスを示す拡大斜視図で,図6はシリコン半導体基板を
エッチングした状態を,図7はこのシリコン半導体基板
上に第1の絶縁膜を形成した状態を,図8は第2の絶縁
膜を形成した状態を,図9は第3の絶縁膜を形成した状
態をそれぞれ表している。これらの図において,分りや
すくするために厚さ方向がかなり拡大されて示されてい
る。
性材料から形成される固定基板10と導電性のあるシリコ
ン半導体基板20とが陽極接合されることによって構成さ
れている(後述するように,シリコン半導体基板20に形
成された第3の絶縁膜30は,シリコン半導体基板20の固
定基板10との接合面にわずかにはみ出て形成されている
が,両基板10,20の陽極接合に影響を与えるほどの広さ
および厚さをもつものではない)。
台状に切除されることにより,半導体基板20には円形の
ダイアフラム(薄肉部)21が形成されている。ダイアフ
ラム21は他の形状,たとえば矩形でもよい。弾性を有す
るダイアフラム21は,その下面から被測定圧力を受ける
と上下方向に変位(振動)する。ダイアフラム21はシリ
コンによって形成されているため導電性を有し,可動電
極として働く。
形成されている部分の上部には,後述する固定電極11と
ダイアフラム21との間に検出用間隙(センサ・ギャッ
プ)を形成するための凹所22が形成されている。また,
シリコン半導体基板20の端部にはワイヤボンディング・
パッド31,35を設けるための段部24が形成されている。
段部24とをつなぐ配線用溝23が形成されている。配線用
溝23は,凹所22の一部から段部24に平行に延び,途中で
弧を描くようにして垂直方向にゆるやかに曲がり,段部
24へ向かっている。
に配線用溝23を形成することによって,凹所22と段部24
との間の間隙L(図2参照)狭くすることができるの
で,センサの小型化が可能となる。また配線用溝23の曲
げ部分を直角に曲げるのではなく,ゆるやかな円弧状を
描くように曲げており,この配線用溝23にそって後述す
る接続電極12,32を設けているので,固定基板10とシリ
コン半導体基板20を陽極接合するときに曲げ部分に電界
が過度に集中することがない。
に凹所22を形成するようにしてもよい。この場合,配線
用溝23も固定基板10に形成されることになろう。
はアルカリ系エッチング液を用いたウエット・エッチン
グ,またはガスプラズマ等を用いたドライ・エッチング
によって2回に分けて形成される。
よってシリコン半導体基板20の上面から,段部24および
配線用溝23の段部24側の半分の領域23aが深く削り取ら
れる。つぎに第2のエッチング処理によって,凹所22お
よび配線用溝23の凹所22側の半分の領域23bが浅く削り
取られる。配線用溝23内にはエッチング・マスクの位置
ずれ等に起因して二重にエッチングされる領域(段部2
5)が形成されることがありうる。
ウエット・エッチング処理によって,半導体基板20の凹
所22の裏側に相当する部分が深く削り取られ,薄肉のダ
イアフラム21が形成される。この第3のエッチング処理
は,次に述べる絶縁膜26,27および30の形成,接続電極
32,ワイヤボンディング・パッド31,35等の形成の後に
行なわれる。
ののち,シリコン半導体基板20の段部24から配線用溝の
領域23aにかけて,第1の絶縁膜26が形成される(図
7)。第1の絶縁膜26は,後述するインターコネクショ
ン用パッド12a と32a とを圧着させるために,配線用溝
の領域23a の深さ(配線用溝の領域23a の底面と固定基
板10との間隔)を調節するためのものである。第1絶縁
膜26は,化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Depositio
n )法により酸化珪素膜(SiO2 )を蒸着することに
より形成される。
ほぼ全体にわたって,第2の絶縁膜27が形成される(図
8)。第2の絶縁膜27もまた酸化珪素膜(SiO2 )を
蒸着することにより形成される。
部25が埋め込まれ,溝23の底面はなだらかになってい
る。これにより半導体基板20と固定基板10とを陽極接合
するときに段部25の角部に電界が集中するのが防止さ
れ,シリコン半導体基板20の表面に突起が生じたり,後
述する接続電極12,32が断線したり,固定電極11が破壊
されることが防止される。
2の絶縁膜27が形成されることによって,配線用溝23内
の溝底面(絶縁膜27の表面)と固定基板10とに形成され
る接続電極12との間が特に狭くなる溝狭窄部28が形成さ
れる。溝狭窄部28の存在により,センサ特性に影響を与
えるような大きさのダイシングかすやごみが凹所22内へ
侵入することを防止することができる。配線用溝23を通
して大気がセンサ内の凹部22(センサ・ギャップ)に導
入されるのはいうまでもない。
らいに溝狭窄部28を狭く形成してもよい。配線用溝23の
領域23b の内側面に絶縁膜を形成することによって,溝
狭窄部28の横幅も狭くしてもよい。
において露出している側面部分29に第3の絶縁膜30が形
成される(図9)。第3の絶縁膜30はシリコン半導体基
板20の固定基板10との接合面にわずかにはみ出している
が,両基板10,20の陽極接合に悪影響を与えるほどの広
さ,厚さではない。第3の絶縁膜30は,シリコン半導体
基板20の上面全体(第1および第2の絶縁膜26,27の上
を除く)に熱酸化膜を形成し,部分29以外に形成された
熱酸化膜をエッチングで取り去ることによって形成され
る。第3の絶縁膜30によって,半導体基板20の部分29か
らワイヤボンディング・パッド31(後述)へリーク電流
が流れるのが防止され,誤作動が減少する。
30a も残すようにしてもよい。接続電極12,32が配線用
溝23の内側面に接触することが熱酸化膜30a の存在によ
って防止される。さらに凹部22の内周面に絶縁膜を残す
ようにしてもよい。
おいて,第1の絶縁膜26と第2の絶縁膜27に穴があけら
れる。この穴に可動電極用ワイヤボンディング・パッド
35が形成される。このワイヤボンディング・パッド35は
半導体基板20を通して可動電極(ダイアフラム)21に電
気的に接続されている。
には固定電極用ワイヤボンディング・パッド31が形成さ
れている。固定電極用ワイヤボンディング・パッド31か
ら細長い接続電極32が配線用溝23の途中までのびて形成
されている。接続電極32の先端にはインターコネクショ
ン用パッド32a が形成されている。
31,接続電極32は金属薄膜,たとえばアルミニウムをス
パッタすることにより形成される。
に,凹部22の面積よりもやや小さい円形の固定電極11が
形成されている。固定電極11は,たとえばクロムを固定
基板10上に蒸着することにより形成される。
電極12が配線用溝23にそって曲がりながら延びて形成さ
れている。接続電極12の先端は配線用溝の領域23a (溝
狭窄部28よりも段部24寄りの位置)で終わり,その先端
にはインターコネクション用パッド12a が形成されてい
る。この接続電極12はたとえば金を蒸着することにより
形成される。
る。多くのセンサ部分を有する固定基板ウエハと半導体
基板が陽極接合されたのち,このウエハはダイシングに
よって個々のセンサ・チップに分割される。このとき,
半導体基板20の段部24の上部に位置する固定基板10の部
分もダイシングによって切除される。接続電極12および
32は配線用溝23の側面に接触しないように,配線用溝23
よりも幅がやや狭く形成されている。固定基板10とシリ
コン半導体基板20とを陽極接合するときにこれらの接続
電極12,32のインターコネクション用パッド12a ,32a
が上下方向に圧着される。これによって固定電極11と固
定電極用ワイヤボンディング・パッド31が電気的に接続
される。
ンディング・パッド31および35上にボンディングされた
ワイヤ(図示略)をそれぞれ通して,外部の静電容量計
測回路(圧力検出回路;図示略)に接続される。
(可動電極)21に半導体基板20の下面から加えられる。
凹部22内の大気と被測定圧力との差に応じてダイアフラ
ム(可動電極)21が上下方向に変位(振動)する。可動
電極21と固定電極11との間の間隙が変化することによ
り,これらの電極21,11間の静電容量Cが変化する。こ
の静電容量Cの変化または静電容量Cの逆数1/Cの変
化(一般的には逆数1/Cがセンサ出力として用いられ
る)が静電容量測定回路によって圧力を表わす信号に変
換される。
ず,他の静電容量型センサ,たとえば静電容量型加速度
センサにも適用することができる。
図である。
す拡大斜視図である。
た状態を示す拡大斜視図である。
た状態を示す拡大斜視図である。
た状態を示す拡大斜視図である。
り欠き平面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 半導体基板と固定基板とが接合され,上
記半導体基板と上記固定基板との間に検出用間隙が形成
され,上記検出用間隙内において,上記半導体基板の一
部が可動電極となり,上記固定基板には固定電極が上記
可動電極に対向する位置に形成され,上記半導体基板お
よび上記固定基板のいずれか一方に固定電極用パッドが
形成され,上記半導体基板および上記固定基板の少なく
ともいずれか一方に,上記検出用間隙から上記固定電極
用パッドの方向に向う配線用溝が形成され,上記配線用
溝内に溝壁との間に間隙をあけて,上記固定電極を上記
固定電極用パッドに接続するための接続電極が設けられ
ており,上記配線用溝の一部に狭窄構造が形成されてい
る,静電容量型センサ。 - 【請求項2】 上記配線用溝がほぼ直角に滑らかに曲っ
ている,請求項1に記載の静電容量型センサ。 - 【請求項3】 上記狭窄構造が,上記配線用溝の内面に
絶縁膜を設けることによって形成されている請求項1ま
たは2に記載の静電容量型センサ。 - 【請求項4】 半導体基板と固定基板とが接合され,上
記半導体基板と上記固定基板との間に検出用間隙が形成
され,上記検出用間隙内において,上記半導体基板の一
部が可動電極となり,上記固定基板には固定電極が上記
可動電極に対向する位置に形成され,上記半導体基板お
よび上記固定基板のいずれか一方に固定電極用パッドが
形成され,上記半導体基板および上記固定基板の少なく
ともいずれか一方に,上記検出用間隙から上記固定電極
用パッドの方向に向う配線用溝が形成され,上記配線用
溝内に溝壁との間に間隙をあけて,上記固定電極を上記
固定電極用パッドに接続するための接続電極が設けられ
ており,上記配線用溝がほぼ直角に滑らかに曲ってい
る,静電容量型センサ。 - 【請求項5】 上記配線用溝が上記半導体基板に形成さ
れ,上記配線用溝の底面に配線膜が形成されている,請
求項1または4に記載の静電容量型センサ。 - 【請求項6】 上記配線用溝が少なくとも2つの深さの
異なる部分を有しており,上記絶縁膜が上記深さの異な
る部分の境界を滑らかに連続させている請求項5に記載
の静電容量型センサ。 - 【請求項7】 半導体基板が固定基板との接合部分より
も突出した部分を有し,この突出部分は固定基板の接合
部分よりも薄く形成された段部であってこの段部にのぞ
む半導体基板の切断面が露出しており,この露出した切
断面に絶縁膜が形成されている,請求項1または4に記
載の静電容量型センサ。 - 【請求項8】 上記接続電極が,上記固定電極の一部か
ら上記配線用溝内を通って上記ワイヤボンディング・パ
ッドの方向に延びる第1の接続電極と,上記ワイヤボン
ディング・パッドから上記配線用溝を通って上記固定電
極の方向に延びる第2の接続電極とから構成され,上記
第1の接続電極と上記第2の接続電極が上記配線用溝内
で接触している請求項1または4に記載の静電容量型セ
ンサ。 - 【請求項9】 上記半導体基板と上記固定基板とが接合
され,上記半導体基板と上記固定基板との間に検出用間
隙が形成され,上記検出用間隙内において,上記半導体
基板の一部が可動電極となり,上記固定基板には固定電
極が上記可動電極に対向する位置に形成され,上記半導
体基板の上記固定電極と接合している側において外部に
露出している部分の表面が絶縁膜で覆われている,静電
容量型センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35125195A JP3240901B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 静電容量型センサ |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35125195A JP3240901B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 静電容量型センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09178578A true JPH09178578A (ja) | 1997-07-11 |
JP3240901B2 JP3240901B2 (ja) | 2001-12-25 |
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ID=18416070
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35125195A Expired - Fee Related JP3240901B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 静電容量型センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3240901B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP2010044061A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-25 | Honeywell Internatl Inc | Memsデバイスにおけるソー・デブリの低減 |
JP2012002810A (ja) * | 2010-06-18 | 2012-01-05 | General Electric Co <Ge> | センサ、及びセンサを製造する方法 |
JP2012002812A (ja) * | 2010-06-18 | 2012-01-05 | General Electric Co <Ge> | センサ、及びセンサを製造する方法 |
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- 1995-12-27 JP JP35125195A patent/JP3240901B2/ja not_active Expired - Fee Related
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