JPH11241968A - Electrical capacitance pressure sensor and its manufacture - Google Patents
Electrical capacitance pressure sensor and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH11241968A JPH11241968A JP4526398A JP4526398A JPH11241968A JP H11241968 A JPH11241968 A JP H11241968A JP 4526398 A JP4526398 A JP 4526398A JP 4526398 A JP4526398 A JP 4526398A JP H11241968 A JPH11241968 A JP H11241968A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure sensor
- detection circuit
- substrate
- diaphragm
- capacitance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ダイアフラムに
印加された圧力あるいは圧力差によるダイアフラムの変
位を、ダイアフラムと対向電極とで形成するコンデンサ
の静電容量値として検出する静電容量型圧力センサに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type pressure sensor for detecting a displacement of a diaphragm caused by a pressure or a pressure difference applied to the diaphragm as a capacitance value of a capacitor formed by the diaphragm and a counter electrode. .
【0002】[0002]
【従来の技術】静電容量型圧力センサ(以下では、圧力
センサと略称)において、計測対象圧力あるいは圧力差
を計測するためのコンデンサの静電容量値は、10から10
0 pFオーダと小さい値であるため、配線に伴う浮遊容量
の影響が大きく、その影響を極力低減するために、検出
回路はコンデンサの近傍に配置される。2. Description of the Related Art In a capacitance type pressure sensor (hereinafter abbreviated as a pressure sensor), a capacitance value of a capacitor for measuring a pressure to be measured or a pressure difference is 10 to 10%.
Since the value is as small as 0 pF, the effect of the stray capacitance associated with the wiring is large, and the detection circuit is arranged near the capacitor to minimize the effect.
【0003】図3及び図4は、従来技術による圧力セン
サの構造を示す断面図である。図3に示した圧力センサ
10a は、特開平1-253627号公報に開示されている圧力セ
ンサであり、シリコン基板2には、異方性エッチングに
よりダイアフラム21が形成され、更にダイアフラム21と
は別の領域に信号処理回路22が形成されている。このシ
リコン基板2の上面には、ダイアフラム21の上部及び信
号処理回路22を完全に封止するために、ガラス基板3が
静電接合(公報では陽極接合)により接合されており、
信号処理回路22からの信号線4はガラス基板3にあけら
れた孔に通され、この孔を接着剤5で埋めることによっ
て信号線4を固定している。FIGS. 3 and 4 are sectional views showing the structure of a conventional pressure sensor. Pressure sensor shown in FIG.
Reference numeral 10a denotes a pressure sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-253627, in which a diaphragm 21 is formed on a silicon substrate 2 by anisotropic etching, and a signal processing circuit 22 is provided in a region other than the diaphragm 21. Are formed. The glass substrate 3 is bonded to the upper surface of the silicon substrate 2 by electrostatic bonding (in the publication, anodic bonding) to completely seal the upper part of the diaphragm 21 and the signal processing circuit 22.
The signal line 4 from the signal processing circuit 22 is passed through a hole formed in the glass substrate 3, and the signal line 4 is fixed by filling the hole with an adhesive 5.
【0004】図4に示した圧力センサ10b は、特開平6-
323941号公報に開示されている圧力センサである。この
圧力センサ10b は、共に単結晶シリコンウェハからなる
フレーム2aとカバー2bとがガラス材による低温接合技術
(約 100〜200 ℃の熱処理)で一体化されている。フレ
ーム2aは周辺部を弾性的に保持されている四角いダイア
フラム21a を有し、ダイアフラム21a の上面にはアルミ
のスパッタ膜からなる可動電極24が形成されている。ダ
イアフラム21a はアルカリ溶液による異方性エッチング
により形成されている。可動電極24の形成と同時に、可
動電極24からの接続配線25a 及び外部引出し配線26も形
成される。カバー2bには通常の半導体製造工程によって
検出回路22a が作り込まれており、この検出回路22a を
覆うように、SiO2からなる酸化膜27がCVD 法によって形
成されている。この酸化膜27上には、可動電極24に対向
する固定電極28及び接続配線25b がアルミのスパッタ膜
によって形成されている。検出回路22a と接続配線25a
及び25b とはコンタクトホール29a 及び図示されていな
い29b によって接続されている。The pressure sensor 10b shown in FIG.
This is a pressure sensor disclosed in Japanese Patent No. 323941. In the pressure sensor 10b, a frame 2a and a cover 2b, both made of a single-crystal silicon wafer, are integrated by a low-temperature bonding technique using a glass material (heat treatment at about 100 to 200 ° C.). The frame 2a has a square diaphragm 21a whose periphery is elastically held, and a movable electrode 24 made of a sputtered aluminum film is formed on the upper surface of the diaphragm 21a. The diaphragm 21a is formed by anisotropic etching using an alkaline solution. At the same time as the formation of the movable electrode 24, the connection wiring 25a from the movable electrode 24 and the external lead-out wiring 26 are also formed. A detection circuit 22a is formed in the cover 2b by a normal semiconductor manufacturing process, and an oxide film 27 made of SiO 2 is formed by a CVD method so as to cover the detection circuit 22a. On the oxide film 27, a fixed electrode 28 facing the movable electrode 24 and a connection wiring 25b are formed by a sputtered aluminum film. Detection circuit 22a and connection wiring 25a
And 25b are connected by a contact hole 29a and a not-shown 29b.
【0005】図3のような、シリコン基板2にダイアフ
ラム21と検出回路(図3では信号処理回路)22とを形成
する場合においては、ダイアフラム21を形成する工程が
例えばアルカリ溶液を使う異方性エッチングであると、
アルカリ金属汚染の影響を排除するための対策が必要で
あり、工程が複雑となり、プロセスコストが上昇し、ア
ルカリ金属が残留すれば検出回路22が不安定となり信頼
性が低下する。更に、ダイアフラム21と検出回路22とは
同一シリコン基板2の別の領域に形成されるので、チッ
プサイズが大きくなりコストアップとなる。なお、シリ
コン基板2とガラス基板3とを接合する静電接合におい
ては、約 400℃に加熱されて、数百Vの電圧が印加され
るので、検出回路22に対する温度と電圧の影響を十分に
配慮することが必要であり、良品率を低下させる可能性
がある。In the case where a diaphragm 21 and a detection circuit (signal processing circuit in FIG. 3) 22 are formed on a silicon substrate 2 as shown in FIG. Etching
It is necessary to take measures to eliminate the influence of alkali metal contamination, which complicates the process and increases the process cost. If the alkali metal remains, the detection circuit 22 becomes unstable and the reliability decreases. Further, since the diaphragm 21 and the detection circuit 22 are formed in different regions of the same silicon substrate 2, the chip size increases and the cost increases. In addition, in the electrostatic bonding in which the silicon substrate 2 and the glass substrate 3 are bonded, the substrate is heated to about 400 ° C. and a voltage of several hundred volts is applied. Care must be taken, which may reduce the non-defective product rate.
【0006】図4の場合には、検出回路22a が形成され
ているカバー2bは、ダイアフラム21a が形成されている
フレーム2aとは別のシリコン基板であるので、図3の場
合のようなアルカリ金属汚染の問題はなくなる。しか
し、フレーム2aとカバー2bとの接合工程において検出回
路22a の特性が劣化する確率が高くなると、圧力センサ
としての良品率が低下し、コストアップの要因となる。
MOSICの場合には、その保存温度は 125℃以下と言
われており、フレーム2aとカバー2bとの接合温度が高く
なると検出回路22a の特性劣化が問題となる。前述のよ
うな低温接合技術(約 100〜200 ℃の熱処理)の場合に
は、比較的問題は少ないと予想される。しかし、フレー
ム2aとカバー2bとを接着層なしで接合することができる
静電接合で接合する場合には、前述したように、温度が
高く、しかも高い電圧が印加されるので検出回路22a の
特性劣化が多くなり、良品率が低下する可能性が高い。In the case of FIG. 4, the cover 2b on which the detection circuit 22a is formed is a silicon substrate different from the frame 2a on which the diaphragm 21a is formed. The problem of contamination is gone. However, when the probability that the characteristics of the detection circuit 22a deteriorates in the joining process of the frame 2a and the cover 2b increases, the non-defective rate as a pressure sensor decreases, which causes a cost increase.
In the case of a MOSIC, the storage temperature is said to be 125 ° C. or lower. If the junction temperature between the frame 2a and the cover 2b increases, the deterioration of the characteristics of the detection circuit 22a becomes a problem. In the case of the aforementioned low-temperature bonding technique (heat treatment at about 100 to 200 ° C.), it is expected that there will be relatively few problems. However, when the frame 2a and the cover 2b are joined by electrostatic joining that can be joined without an adhesive layer, as described above, since the temperature is high and a high voltage is applied, the characteristics of the detection circuit 22a Deterioration is likely to increase, and the yield rate is likely to decrease.
【0007】また、カバー2bに形成されている検出回路
22a が、図4のようにダイアフラム21a の上部のキャッ
プ部に形成されている場合には、測定対象の圧力が高い
と、その圧力によるカバー2bの変形に伴って検出回路22
a の特性が変化するという問題点をもっており、カバー
2bを厚くすることが必要となる。図3及び図4に示した
圧力センサは、ある範囲の圧力を測定するための圧力セ
ンサであるが、用途によっては、1つの圧力センサだけ
では測定範囲をカバーすることができない場合もある。
このような用途に対応するものとして、この発明の発明
者等が出願している特願平8-12762 号に記載されている
ような、圧力に対する感度の異なる複数のダイアフラム
を一体に有する圧力センサもある。A detection circuit formed on the cover 2b
When the pressure of the object to be measured is high when the cover 22b is deformed when the pressure of the object to be measured is high, the detection circuit 22a is formed in the upper portion of the diaphragm 21a as shown in FIG.
a has the problem that the characteristics of
2b needs to be thicker. The pressure sensor shown in FIGS. 3 and 4 is a pressure sensor for measuring a certain range of pressure. However, depending on the application, there is a case where only one pressure sensor cannot cover the measurement range.
A pressure sensor integrally having a plurality of diaphragms having different sensitivities to pressure as described in Japanese Patent Application No. 8-12762 filed by the inventors of the present invention corresponding to such an application. There is also.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
述の問題点を解消して、特性のバラツキが少なくて安定
性がよく、良品率が高く、価格が安い圧力センサ及び圧
力センサの製造方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to manufacture a pressure sensor and a pressure sensor which are less scattered in characteristics, have good stability, have a high yield rate, and are inexpensive. Is to provide a way.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、この発明においては、圧力に応じて変位する
ダイアフラムを有する導電性基板と、このダイアフラム
に対向する位置に電極を有し、導電性基板に接合されて
いる絶縁性基板とを備え、ダイアフラムとこれに対向す
る電極とが形成するコンデンサの静電容量値によってダ
イアフラムに印加されている圧力あるいは圧力差を計測
する圧力センサにおいて、コンデンサの静電容量値を検
出する検出回路を、導電性基板との接合面ではない側の
絶縁性基板の表面に構成する(請求項1の発明)。According to the present invention, there is provided a conductive substrate having a diaphragm which is displaced in response to pressure, and an electrode at a position opposed to the diaphragm. A pressure sensor comprising an insulating substrate bonded to a conductive substrate, and measuring a pressure or a pressure difference applied to the diaphragm by a capacitance value of a capacitor formed by the diaphragm and an electrode opposed thereto. A detection circuit for detecting the capacitance value of the capacitor is formed on the surface of the insulating substrate which is not the bonding surface with the conductive substrate (the invention of claim 1).
【0010】検出回路を絶縁基板の接合面ではない側の
表面に構成しているので、導電性基板と絶縁性基板とを
接合した後で、劣化する心配のない条件下で検出回路を
絶縁基板に構成することができる。請求項1の発明で
は、検出回路が構成されている絶縁性基板の表面の領域
を、導電性基板との接合領域に対応する領域内とするこ
とができる(請求項2の発明)。導電性基板に形成され
たダイアフラム部に対応する領域の剛性は絶縁性基板だ
けの剛性であるのに対して、導電性基板と絶縁基板とが
接合されている領域は両者の複合効果で剛性が大きくな
り、圧力による歪みが少なくて済む。Since the detection circuit is formed on the surface of the insulating substrate other than the bonding surface, after the conductive substrate and the insulating substrate are bonded, the detection circuit is mounted on the insulating substrate under the condition that there is no fear of deterioration. Can be configured. According to the first aspect of the present invention, the area of the surface of the insulating substrate on which the detection circuit is formed can be within the area corresponding to the bonding area with the conductive substrate (the second aspect of the invention). The rigidity of the region corresponding to the diaphragm formed on the conductive substrate is the rigidity of only the insulating substrate, while the region where the conductive substrate and the insulating substrate are joined has rigidity due to the combined effect of both. Larger, less distortion due to pressure.
【0011】請求項1及び2の発明では、検出回路をベ
アチップで構成することができる(請求項3の発明)。
検出回路をベアチップで構成すると、パッケージ品の検
出回路を使用する場合に比較して次のような利点があ
る。検出回路が曝される圧力伝達媒体、例えばシリコー
ンオイル等、によるパッケージの腐食や圧力によるパッ
ケージの割れ等が避けられ、検出回路の占有面積が少な
くなり、検出回路の構成変更が容易に実施できる。ま
た、図3や図4のようにシリコン基板内に形成する場合
に比べて、圧力センサの製造工程を少なくすることがで
きる。According to the first and second aspects of the present invention, the detection circuit can be constituted by a bare chip (the third aspect of the invention).
When the detection circuit is configured by a bare chip, there are the following advantages as compared with the case where a packaged detection circuit is used. Corrosion of the package due to the pressure transmission medium to which the detection circuit is exposed, for example, silicone oil, cracking of the package due to pressure, and the like are avoided, the area occupied by the detection circuit is reduced, and the configuration of the detection circuit can be easily changed. Further, the manufacturing process of the pressure sensor can be reduced as compared with the case where the pressure sensor is formed in the silicon substrate as shown in FIGS.
【0012】請求項1〜3の発明では、絶縁性基板をセ
ラミックとすることができる(請求項4の発明)。セラ
ミックは剛性が高いので、圧力センサにかかる圧力によ
る検出回路の歪みを低減することができる。請求項4の
発明では、導電性材料を単結晶シリコンウェハとし、セ
ラミックをムライト−コージェライト系セラミックとす
ることができる(請求項5の発明)。導電性材料として
の単結晶シリコンは、弾性変形範囲が広く、素材の特性
のバラツキが少なく、ダイアフラムの加工技術も確立さ
れており、ダイアフラムを形成する材料としては理想的
である。また、絶縁材料としてのムライト−コージェラ
イト系セラミックは、その熱膨張係数が単結晶シリコン
の熱膨張係数とぴったり一致するセラミックを得ること
ができ、しかもセラミックとして高い剛性を有してい
る。According to the first to third aspects of the present invention, the insulating substrate can be made of ceramic (the fourth aspect of the invention). Since ceramic has high rigidity, distortion of the detection circuit due to pressure applied to the pressure sensor can be reduced. According to the invention of claim 4, the conductive material can be a single crystal silicon wafer, and the ceramic can be a mullite-cordierite ceramic (the invention of claim 5). Single-crystal silicon as a conductive material has a wide elastic deformation range, has little variation in the properties of the material, and a technology for processing the diaphragm has been established, and is ideal as a material for forming the diaphragm. Further, the mullite-cordierite ceramic as an insulating material can obtain a ceramic whose thermal expansion coefficient exactly matches that of single crystal silicon, and has high rigidity as a ceramic.
【0013】請求項6の発明は、請求項1に記載の静電
容量型圧力センサの製造方法であって、導電性基板と絶
縁性基板とを接合した後で、検出回路を絶縁性基板の外
側面に構成する。両基板を接合した後に検出回路を構成
するので、検出回路が両基板の接合に伴う温度や電圧等
の影響を受けない。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a capacitance type pressure sensor according to the first aspect, wherein after the conductive substrate and the insulating substrate are joined, the detection circuit is connected to the insulating substrate. Configure on the outside surface. Since the detection circuit is formed after the two substrates are joined, the detection circuit is not affected by temperature, voltage, and the like accompanying the joining of the two substrates.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態について実
施例を用いて説明する。図1は実施例の構造を示す断面
図であり、図2はその信号処理回路の構成を示すブロッ
ク図である。導電性基板としてのシリコン基板20は、適
当な電気伝導度、例えば約 0.1Ωcm、をもち、〔10
0〕面を結晶面方位とするp形のシリコンウェハに、空
隙23a及び23b に相当する円形の凹みと、その外側のリ
ング状の肉薄部212 を形成するためのリング溝とが各面
2回以上のプラズマエッチングによって形成されてい
る。リング状の肉薄部212 の内側はそれより厚い平坦部
211 となっており、圧力センサ100 の可動電極となる。
この平坦部211 と肉薄部212 とで圧力差によって変位す
るダイアフラムが構成されている。なお、シリコン基板
20及び肉薄部212 の厚さは測定対象となる圧力あるいは
圧力差の大きさによって決定される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to examples. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the signal processing circuit. The silicon substrate 20 as a conductive substrate has a suitable electric conductivity, for example, about 0.1 Ωcm,
0] A p-type silicon wafer having a crystal plane orientation, a circular recess corresponding to the cavities 23a and 23b, and a ring groove for forming a ring-shaped thin portion 212 outside thereof are formed twice on each surface. It is formed by the above plasma etching. The inside of the ring-shaped thin part 212 is a flat part that is thicker
211, which is a movable electrode of the pressure sensor 100 .
The flat portion 211 and the thin portion 212 constitute a diaphragm that is displaced by a pressure difference. The silicon substrate
The thickness of the thin portion 20 and the thickness of the thin portion 212 are determined by the magnitude of the pressure or the pressure difference to be measured.
【0015】このシリコン基板20の両面に、ムライト−
コージェライト系のセラミックからなる絶縁性基板30a
及び30b が静電接合で接合されており、絶縁性基板30a
及び30b には、それぞれの固定電極31a 及び31b 並びに
電極32a 及び32b が、クロム、白金、金の3層のマスク
スパッタリングによって形成されており、圧力が導入さ
れるそれぞれの導圧口33a 及び33b の内壁を通して固定
電極が電極に接続されている。なお、図示していない
が、絶縁性基板30a 及び30b のそれぞれの静電接合面に
は、厚さ 1.6μm のパイレックスガラスのスパッタ膜が
形成されており、このパイレックスガラス膜によって静
電接合が可能となる。[0015] Mullite-
Insulating substrate 30a made of cordierite ceramic
And 30b are joined by electrostatic joining, and the insulating substrate 30a
And 30b, fixed electrodes 31a and 31b and electrodes 32a and 32b are formed by mask sputtering of three layers of chromium, platinum, and gold, respectively. A fixed electrode is connected to the electrode through the inner wall. Although not shown, a 1.6 μm thick Pyrex glass sputtered film is formed on each of the electrostatic bonding surfaces of the insulating substrates 30a and 30b, and the Pyrex glass film enables electrostatic bonding. Becomes
【0016】シリコン基板20の可動電極である平坦部21
1 と2つの固定電極31a 及び31b とで、相対的に静電容
量値が変化する1対のコンデンサが形成されている。絶
縁性基板30a 及び30b としてムライト−コージェライト
系のセラミックを使用しているのは、シリコンの熱膨張
係数に極めて近い熱膨張係数をもち、しかも剛性の高い
セラミックを得ることができるからである。A flat portion 21 as a movable electrode of a silicon substrate 20
One and two fixed electrodes 31a and 31b form a pair of capacitors whose capacitance value changes relatively. The reason why the mullite-cordierite ceramic is used as the insulating substrates 30a and 30b is that a ceramic having a thermal expansion coefficient very close to that of silicon and having high rigidity can be obtained.
【0017】絶縁性基板30a の下面には、導圧口33a に
導通する状態に位置決めされて、中央に貫通孔を有する
ムライト−コージェライト系のセラミックからなる絶縁
部材7が、金−錫共晶半田によって接合されている。こ
の絶縁部材7の上下面には、半田付けのためのクロム、
白金、金の3層のスパッタ膜が形成されている。絶縁部
材7の下面には、同様に、導圧口33a に導通する状態に
位置決めされて、中央に貫通孔を有するステンレスから
なる基台8が、金−錫共晶半田によって接合されてい
る。この基台8の半田付け部にも、クロム、白金、金の
3層のスパッタ膜が形成されている。これらの貫通孔を
通して、封入されている圧力伝達流体9が第1の圧力P1
をダイアフラムの下面に伝える。On the lower surface of the insulating substrate 30a, an insulating member 7 made of a mullite-cordierite ceramic having a through hole in the center and positioned in a state of conducting to the pressure introducing port 33a is provided with a gold-tin eutectic. Joined by solder. On the upper and lower surfaces of the insulating member 7, chrome for soldering,
Three sputtered films of platinum and gold are formed. Similarly, a base 8 made of stainless steel and having a through hole in the center is joined to the lower surface of the insulating member 7 by a gold-tin eutectic solder. A three-layer sputtered film of chromium, platinum, and gold is also formed on the soldered portion of the base 8. Through these through holes, the sealed pressure transmitting fluid 9 is supplied to the first pressure P1.
To the lower surface of the diaphragm.
【0018】一方、絶縁性基板30b には、シリコン基板
20との接合部の片隅に貫通孔が形成されており、両基板
を接合した後、電極35がアルミのマスクスパッタリング
によって形成され、シリコン基板20からの引出し電極と
なっている。更に、シリコン基板20との接合面ではない
側の表面で、シリンコ基板20と接合されている領域に対
応する領域内に、ベアチップを用いた検出回路6が構成
され、電極32a 、32b及び35のそれぞれから、アルミ線
による配線が接続されている。検出回路6が構成されて
いる領域は、圧力センサ100 の中で最も剛性の高い領域
であり、しかも、1対のコンデンサに近く、配線による
浮遊容量が少なくて済む領域である。On the other hand, the insulating substrate 30b has a silicon substrate
A through-hole is formed at one corner of the joint portion with the substrate 20, and after joining the two substrates, an electrode 35 is formed by aluminum mask sputtering to serve as an extraction electrode from the silicon substrate 20. Further, a detection circuit 6 using a bare chip is formed in a region corresponding to a region bonded to the syringe board 20 on a surface which is not a bonding surface with the silicon substrate 20, and the electrodes 32a, 32b and 35 Each is connected to an aluminum wire. The region where the detection circuit 6 is configured is a region having the highest rigidity in the pressure sensor 100 , and is close to a pair of capacitors, and requires a small amount of stray capacitance due to wiring.
【0019】このような圧力センサ100 の周辺及びダイ
アフラムの上面部には、基台8等の貫通孔を通して導か
れた圧力P1に対する第2の圧力P2をダイアフラムの上面
に伝えるための、図示していない圧力伝達流体が封入さ
れている。ダイアフラムの両面にかかる圧力P1と圧力P2
との差によって肉薄部212 が変形し、平坦部211 が電極
32a 及び32b に垂直に変位し、可動電極である平坦部21
1と固定電極31a との間の静電容量値C1と、平坦部211
と固定電極31b との間の静電容量値C2とが相対的に変化
し、その値を測定することによってP1とP2との差が検出
される。この圧力センサにおいて、一方の圧力を大気圧
にすればゲージ圧センサとなり、一方を真空にすれば絶
対圧センサとなる。The periphery of the pressure sensor 100 and the upper surface of the diaphragm are shown for transmitting a second pressure P2 with respect to the pressure P1 guided through the through hole of the base 8 or the like to the upper surface of the diaphragm. No pressure transmitting fluid is sealed. Pressure P1 and pressure P2 applied to both sides of the diaphragm
The thin portion 212 is deformed by the difference from
The flat portion 21 which is displaced vertically to 32a and 32b and is a movable electrode
1 and the capacitance value C 1 between the fixed electrode 31a, the flat portion 211
And the capacitance value C 2 between the fixed electrode 31b is relatively changed, the difference between P1 and P2 by measuring its value is detected to. In this pressure sensor, if one of the pressures is set to the atmospheric pressure, it becomes a gauge pressure sensor, and if one is set to a vacuum, it becomes an absolute pressure sensor.
【0020】図2は、検出回路6の一例を示すもので、
前出の特願平8-12762 号に記載されている回路構成と同
じものである。図1には1つのダイアフラムだけが示さ
れているが、図2の検出回路6は、測定圧力範囲の異な
るダイアフラムを幾つか有する圧力差センサ、1つの静
電容量で測定する絶対圧センサ、更には温度センサ等を
備えている複合形の圧力センサに適用されるものであ
る。検出回路6は、静電容量値C1及びC2に対応する複数
対のコンデンサ、絶対圧用のコンデンサ、温度計測用コ
ンデンサ等を順次切り換えて検出手段62に接続するため
の切替え手段61と、検出手段62とで構成されている。各
コンデンサに対応する静電容量値は、検出手段62によっ
てノイズに強い信号に変換されて演算手段60に送られ
る。FIG. 2 shows an example of the detection circuit 6.
The circuit configuration is the same as that described in Japanese Patent Application No. 8-12762. Although only one diaphragm is shown in FIG. 1, the detection circuit 6 of FIG. 2 includes a pressure difference sensor having several diaphragms having different measurement pressure ranges, an absolute pressure sensor measuring with one capacitance, and Is applied to a composite pressure sensor having a temperature sensor and the like. The detection circuit 6 includes a switching unit 61 for sequentially switching a plurality of pairs of capacitors corresponding to the capacitance values C 1 and C 2 , a capacitor for absolute pressure, a capacitor for temperature measurement, and the like, and connecting to the detection unit 62, And means 62. The capacitance value corresponding to each capacitor is converted to a noise-resistant signal by the detection means 62 and sent to the calculation means 60.
【0021】上記においては、対になるコンデンサと1
つづつのコンデンサと温度測定用コンデンサを全て含ん
でいるものを説明したが、この圧力センサ100 は上記の
全てのコンデンサを備えていることが必要条件ではな
く、必要に応じてそれらを適宜組み合わせて構成されれ
ばよい。したがって、最少の場合は、絶対圧用の1つの
コンデンサだけで切替え手段61を欠くものもあり得る。In the above description, the paired capacitor and 1
A description has been given of the case where all the capacitors and the capacitor for temperature measurement are included.However, it is not a necessary condition that the pressure sensor 100 includes all the above-described capacitors, and the pressure sensor 100 is configured by appropriately combining them as necessary. It should be done. Therefore, in the minimum case, there may be one in which the switching means 61 is lacking with only one capacitor for absolute pressure.
【0022】図1には、円形で周辺部にリング状の肉薄
部212 を有するダイアフラムを備え、その両面がそれぞ
れコンデンサを形成している圧力センサ100 の場合につ
いて説明したが、図3あるいは図4に示したような四角
い形状で厚さの一様なダイアフラムにもこの発明は適用
できる。この発明は、ダイアフラムの形状やコンデンサ
の構成等によって制約されるものではない。FIG. 1 illustrates the case of a pressure sensor 100 having a circular diaphragm having a ring-shaped thin portion 212 at the peripheral portion and having both sides forming a capacitor. The present invention can be applied to a diaphragm having a square shape and a uniform thickness as shown in FIG. The present invention is not limited by the shape of the diaphragm, the configuration of the capacitor, and the like.
【0023】また、シリコン基板20として〔100〕面
を結晶面方位とするp形のシリコンウェハを用いた例を
説明したが、プラズマエッチングで加工する場合には、
結晶面により制約されることはない。Also, an example in which a p-type silicon wafer having a [100] plane as a crystal plane direction is used as the silicon substrate 20 has been described.
It is not restricted by the crystal plane.
【0024】[0024]
【発明の効果】この発明によれば、圧力に応じて変位す
るダイアフラムを有する導電性基板と、このダイアフラ
ムに対向する位置に電極を有し、導電性基板に接合され
ている絶縁性基板とを備えた静電容量型圧力センサにお
いて、静電容量値を検出する検出回路を導電性基板との
接合面ではない側の絶縁性基板の表面に構成するので、
導電性基板と絶縁性基板とを接合した後で、劣化の心配
のない条件下で検出回路を絶縁基板に構成することがで
きる。したがって、導電性基板と絶縁性基板とを接合す
ることに伴って検出回路が劣化し、良品率が低下するこ
とはなく、しかも、検出回路はダイアフラムの近傍に構
成できる(請求項1)。According to the present invention, a conductive substrate having a diaphragm which is displaced in response to pressure and an insulating substrate having an electrode at a position facing the diaphragm and joined to the conductive substrate are provided. In the provided capacitance type pressure sensor, since the detection circuit for detecting the capacitance value is configured on the surface of the insulating substrate on the side other than the bonding surface with the conductive substrate,
After bonding the conductive substrate and the insulating substrate, the detection circuit can be formed on the insulating substrate under a condition in which there is no fear of deterioration. Therefore, the detection circuit does not deteriorate due to the joining of the conductive substrate and the insulating substrate, and the non-defective product rate does not decrease. Further, the detection circuit can be configured near the diaphragm.
【0025】検出回路が構成されている絶縁性基板の表
面の領域を、導電性基板との接合領域に対応する領域内
とすると、検出回路を構成する領域の剛性が高く、圧力
による歪みが少なくて済み、高い圧力下においても、優
れた特性が得られ、特性のバラツキが少なくなる。結果
として、良品率が向上し、価格が安くなる(請求項
2)。When the surface region of the insulating substrate on which the detection circuit is formed is within a region corresponding to the bonding region with the conductive substrate, the region forming the detection circuit has high rigidity and less distortion due to pressure. Excellent characteristics can be obtained even under high pressure, and variations in characteristics can be reduced. As a result, the non-defective rate is improved, and the price is reduced (claim 2).
【0026】検出回路をベアチップで構成すると、検出
回路としてパッケージ品を使用した場合に発生する、検
出回路が曝される圧力伝達媒体、例えばシリコーンオイ
ル等、によるパッケージの腐食や圧力によるパッケージ
の割れ等が避けられるので、検出回路の信頼性が向上す
る。また、検出回路の占有面積も少なくなるので、コス
トが安くなり、形状が小型化する。更に、検出回路の構
成変更が容易に実施できるので、開発時間と開発コスト
を大幅に短縮・削減することができる。また、シリコン
基板に検出回路を形成する場合に比べて、製造工程が少
なくなり、プロセスコストが低減する。(請求項3)。When the detection circuit is constituted by a bare chip, the package is corroded by a pressure transmission medium to which the detection circuit is exposed, for example, silicone oil, which is generated when a packaged product is used as the detection circuit, and the package is cracked by pressure. Can be avoided, so that the reliability of the detection circuit is improved. Further, the area occupied by the detection circuit is reduced, so that the cost is reduced and the size is reduced. Further, since the configuration of the detection circuit can be easily changed, the development time and the development cost can be significantly reduced. Further, as compared with the case where the detection circuit is formed on a silicon substrate, the number of manufacturing steps is reduced, and the process cost is reduced. (Claim 3).
【0027】絶縁性基板をセラミックとすると、圧力セ
ンサにかかる圧力による検出回路の歪みを低減すること
ができるので、高い圧力下においても、歪みの影響が少
ない優れた特性を得ることができ、特性のバラツキを少
なくすることができる(請求項4)。導電性材料を単結
晶シリコンウェハとし、セラミックをムライト−コージ
ェライト系セラミックとすると、ダイアフラムを形成す
る材料としては理想的なシリコンと、この熱膨張係数と
ぴったり一致する熱膨張係数をもち剛性の高いセラミッ
クを得られるムライト−コージェライト系セラミックと
によって、上記の諸々の効果を最高に発揮する圧力セン
サが得られる(請求項5)。When the insulating substrate is made of ceramic, distortion of the detection circuit due to the pressure applied to the pressure sensor can be reduced, so that even under high pressure, excellent characteristics with little influence of distortion can be obtained. Can be reduced (claim 4). When the conductive material is a single-crystal silicon wafer and the ceramic is a mullite-cordierite-based ceramic, silicon is ideal as a material forming the diaphragm, and has a coefficient of thermal expansion that exactly matches the coefficient of thermal expansion and has high rigidity. With the mullite-cordierite ceramic from which the ceramic can be obtained, a pressure sensor exhibiting the above various effects at the highest can be obtained (claim 5).
【0028】請求項6の発明は、請求項1に記載の静電
容量型圧力センサの製造方法であって、導電性基板と絶
縁性基板とを接合した後で、検出回路を絶縁性基板の外
側面に構成するので、検出回路が両基板の接合に伴う温
度や電圧等の影響を受けない。したがって、導電性基板
と絶縁性基板とを接合することに伴って検出回路が劣化
し、良品率が低下することはない(請求項6)。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a capacitance type pressure sensor according to the first aspect, wherein after the conductive substrate and the insulating substrate are joined, the detection circuit is connected to the insulating substrate. Since the detection circuit is provided on the outer side surface, the detection circuit is not affected by the temperature, voltage, and the like associated with the joining of the two substrates. Therefore, the detection circuit is not deteriorated due to the joining of the conductive substrate and the insulating substrate, and the non-defective product rate is not reduced.
【図1】この発明による圧力センサの実施例の構造を示
す断面図FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an embodiment of a pressure sensor according to the present invention.
【図2】検出回路を説明するためのブロック図FIG. 2 is a block diagram illustrating a detection circuit.
【図3】従来技術による圧力センサの一例の構造を示す
断面図FIG. 3 is a sectional view showing the structure of an example of a conventional pressure sensor.
【図4】従来技術による圧力センサの他例の構造を示す
断面図FIG. 4 is a sectional view showing the structure of another example of the conventional pressure sensor.
【符号の説明】10a , 10b , 100 圧力センサ 2, 20 シリコン基板 2a フレーム 2b カバー 21, 21a ダイアフラム 22 信号処理回路 22a 検出回路 23 n+ 層 24 可動電極 25a, 25b 接続配線 26 外部引出し配線 27 酸化膜 28 固定電極 29a コンタクトホール 3 ガラス基板 30a, 30b 絶縁性基板 31, 31a, 31b 固定電極 32a, 32b, 35 電極 33a, 33b 導圧口 34 スルーホール 4 信号線 5 接着剤 6 検出回路 61 切替え手段 62 検出手段 7 絶縁部材 8 基台 9 圧力伝達流体 60 演算手段[Description of Signs ] 10a , 10b , 100 Pressure sensor 2, 20 Silicon substrate 2a Frame 2b Cover 21, 21a Diaphragm 22 Signal processing circuit 22a Detection circuit 23 n + layer 24 Movable electrode 25a, 25b Connection wiring 26 External extraction wiring 27 Oxidation Membrane 28 Fixed electrode 29a Contact hole 3 Glass substrate 30a, 30b Insulating substrate 31, 31a, 31b Fixed electrode 32a, 32b, 35 Electrode 33a, 33b Pressure port 34 Through hole 4 Signal line 5 Adhesive 6 Detection circuit 61 Switching means 62 Detecting means 7 Insulating member 8 Base 9 Pressure transmitting fluid 60 Calculation means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 修久 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 中村 公弘 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor, Shuhisa Kato 1-1, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Kimihiro Nakamura 1, Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki, Kanagawa, Japan No. 1 Fuji Electric Co., Ltd.
Claims (6)
る導電性基板と、このダイアフラムに対向する位置に電
極を有し、導電性基板に接合されている絶縁性基板とを
備え、ダイアフラムとこれに対向する電極とが形成する
コンデンサの静電容量値によってダイアフラムに印加さ
れている圧力あるいは圧力差を計測する静電容量型圧力
センサにおいて、前記コンデンサの静電容量値を検出す
る検出回路を導電性基板との接合面ではない側の絶縁性
基板の表面に構成することを特徴とする静電容量型圧力
センサ。A conductive substrate having a diaphragm that is displaced in response to pressure; and an insulating substrate joined to the conductive substrate having electrodes at positions facing the diaphragm. In a capacitance type pressure sensor for measuring a pressure or a pressure difference applied to a diaphragm based on a capacitance value of a capacitor formed by an opposing electrode, a detection circuit for detecting a capacitance value of the capacitor is electrically conductive. A capacitance-type pressure sensor, wherein the capacitance-type pressure sensor is formed on a surface of an insulating substrate which is not a bonding surface with the substrate.
面の領域を、導電性基板との接合領域に対応する領域内
とすることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型圧
力センサ。2. The electrostatic capacitance type according to claim 1, wherein a region on the surface of the insulating substrate on which the detection circuit is formed is within a region corresponding to a bonding region with the conductive substrate. Pressure sensor.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の静電容量
型圧力センサ。3. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein said detection circuit is constituted by a bare chip.
特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の静
電容量型圧力センサ。4. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein said insulating substrate is made of ceramic.
し、前記セラミックをムライト−コージェライト系セラ
ミックとすることを特徴とする請求項4に記載の静電容
量型圧力センサ。5. The capacitance-type pressure sensor according to claim 4, wherein said conductive material is a single crystal silicon wafer, and said ceramic is a mullite-cordierite ceramic.
製造方法であって、導電性基板と絶縁性基板とを接合し
た後で、検出回路を絶縁性基板の表面に構成することを
特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。6. The method for manufacturing a capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein the detection circuit is formed on the surface of the insulating substrate after the conductive substrate and the insulating substrate are joined. A method for producing a capacitance type pressure sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4526398A JPH11241968A (en) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | Electrical capacitance pressure sensor and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4526398A JPH11241968A (en) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | Electrical capacitance pressure sensor and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11241968A true JPH11241968A (en) | 1999-09-07 |
Family
ID=12714419
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4526398A Pending JPH11241968A (en) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | Electrical capacitance pressure sensor and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11241968A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001267588A (en) * | 2000-01-11 | 2001-09-28 | Fuji Electric Co Ltd | Capacitance-type semiconductor sensor and its manufacturing method |
WO2008050481A1 (en) * | 2006-10-24 | 2008-05-02 | Nidec Sankyo Corporation | Device for processing information in card-like recording medium |
CN113884225A (en) * | 2021-10-09 | 2022-01-04 | 广州九思科技有限公司 | Transient response ceramic capacitance pressure sensor and manufacturing method thereof |
-
1998
- 1998-02-26 JP JP4526398A patent/JPH11241968A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001267588A (en) * | 2000-01-11 | 2001-09-28 | Fuji Electric Co Ltd | Capacitance-type semiconductor sensor and its manufacturing method |
JP4586239B2 (en) * | 2000-01-11 | 2010-11-24 | 富士電機ホールディングス株式会社 | Capacitive semiconductor sensor and method for manufacturing the same |
WO2008050481A1 (en) * | 2006-10-24 | 2008-05-02 | Nidec Sankyo Corporation | Device for processing information in card-like recording medium |
US8177128B2 (en) | 2006-10-24 | 2012-05-15 | Nidec Sankyo Corporation | Information processing device for card-like recording medium |
CN113884225A (en) * | 2021-10-09 | 2022-01-04 | 广州九思科技有限公司 | Transient response ceramic capacitance pressure sensor and manufacturing method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4769738A (en) | Electrostatic capacitive pressure sensor | |
US5801313A (en) | Capacitive sensor | |
RU2120117C1 (en) | Capacitive pressure transducer positioned on support (variants), voltage reducing support and method of anode coupling of two plates | |
US6450039B1 (en) | Pressure sensor and method of manufacturing the same | |
US7191661B2 (en) | Capacitive pressure sensor | |
JPS6313356B2 (en) | ||
JPH11344402A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
JPH06265428A (en) | Electrostatic capacity type pressure sensor | |
JP2000074768A (en) | Capacitance type pressure sensor and manufacture thereof | |
JP2008032451A (en) | Variable capacitance pressure sensor | |
JPH11241968A (en) | Electrical capacitance pressure sensor and its manufacture | |
JPH09145512A (en) | Pressure sensor, capacitive sensor, electric device and its manufacture | |
US7398694B2 (en) | Pressure sensor and method for manufacturing pressure sensor | |
JPH10148593A (en) | Pressure sensor and capacitance-type pressure sensor chip | |
JPH10132684A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
JPH06323939A (en) | Capacitance-type sensor | |
JP2007101222A (en) | Pressure sensor | |
JP2006295006A (en) | Structure of electrostatic capacitance type sensor | |
JPH08254474A (en) | Semiconductor sensor | |
CN117330218B (en) | Sputtering film absolute pressure sensor core body and preparation method thereof | |
US20240359972A1 (en) | Package structure and method for preparing same, and sensor | |
JP4095280B2 (en) | Acceleration sensor element | |
JPH11241966A (en) | Electrical capacitance pressure detector | |
JP2007057349A (en) | Pressure sensor | |
JPH1022512A (en) | Capacitance type pressure sensor |