JPH112579A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

静電容量型圧力センサ

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JPH112579A
JPH112579A JP17097397A JP17097397A JPH112579A JP H112579 A JPH112579 A JP H112579A JP 17097397 A JP17097397 A JP 17097397A JP 17097397 A JP17097397 A JP 17097397A JP H112579 A JPH112579 A JP H112579A
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JP
Japan
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pressure
substrate
fluid
diaphragm
pressure chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP17097397A
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English (en)
Inventor
Kiyoshi Miura
清 三浦
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Publication date
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Publication of JPH112579A publication Critical patent/JPH112579A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビティ内流体の温度、湿度などの環境条
件の影響を受けにくく、正確な圧力検出を行うことので
きる感度の高い静電容量型圧力センサを得ること。 【解決手段】 第1の基板(ガラス基板)12に対し
て、第2の基板(シリコン基板)11と対向するように
圧力に応じて変形するダイアフラム部32を有する第3
の基板31を設けて基準圧力室1,2を形成せしめた静
電容量型圧力センサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、住宅関連機器およ
び産業用機器に用いられる流体の圧力検出に用いられる
静電容量型圧力センサに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、この種の静電容量型圧力センサ
として、図2及び図3に示す圧力センサが知られてい
る。図2は、静電容量型圧力センサの内部構造を示す断
面図であり、図3は、外観斜視図である。
【0003】図2に示す圧力センサは、静電容量型圧力
センサの1例であって、第1の基板であるガラス基板1
2上には、固定電極16が形成され、第2の基板である
シリコン基板11には、圧力に応じて変形するダイアフ
ラム部13が形成されている。シリコン基板11とガラ
ス基板12とは、その外周部において接合されて、ダイ
アフラム部13の下側にはキャビティ部14が形成され
る。
【0004】シリコン基板11及びガラス基板12によ
ってセンサチップ15が構成される。センサチップ15
は、台座23上に接着されている。また、センサチップ
15を構成するガラス基板12及びセンサチップ15が
配置された台座23に大気、または被測定流体と比較す
る圧力を有する流体を導入する為の貫通孔19及び20
が形成されている。
【0005】台座23には、モールド成型時に同時にイ
ンサート成形されたリード端子24が配置されており、
リード端子24と固定電極16とは、リード線18によ
って電気的に接続されている。
【0006】センサチップ15には横穴が設けられ、前
記横穴を通って、固定電極16が電気的に外部に引き出
される。その後、キャビティ部14とセンサチップ外領
域との通気を遮断するため、横穴は封止材17によって
封止される。そして、台座23と被測定流体導入の為の
導入孔21を設けたカバー部材としてのモールド材のキ
ャップ部22とは、超音波溶着によってシールされる。
【0007】図2に示す静電容量型圧力センサでは、ダ
イアフラム部13に圧力が加わると、キャビティ内圧力
との差圧の大きさに応じて可動電極を構成するダイアフ
ラム部13が変形する。ダイアフラム部13の変形によ
って、ダイアフラム部13と固定電極16との間のギャ
ップ幅が変化することになる。
【0008】ここで、ダイアフラム部13と固定電極1
6との間には、c=ζ(A/d)の関係がある。なお、
cは静電容量、ζは流体の誘電率、Aは電極面積、dは
電極間ギャップ幅である。
【0009】従って、ギャップ幅の変化によって静電容
量が変化することになり、さらに、差圧とギャップとの
間には、一定の相関関係があるから、静電容量を検出す
ることによって圧力を知ることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の静電容量型圧力センサでは、検出する圧力によ
って変化する静電容量は、1から2pFと微小で、差圧
により測定しているので、キャビティ内圧力の温度、湿
度などの環境条件の影響を受けやすく、検出すべき圧力
以外の影響が大きく、正確な圧力を検出することが困難
であり、感度も低いという問題点がある。
【0011】また、キャビティ内流体の湿度によって固
定電極が腐食する危険性もあり、信頼性上も問題があっ
た。
【0012】そこで、本発明の課題は、キャビティ内流
体の温度、湿度などの環境条件の影響を受けにくく、正
確な圧力検出を行うことのできる感度の高い静電容量型
圧力センサを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、固定電極が形
成された第1の基板と、差圧に応じて変形するダイアフ
ラム部が形成された第2の基板とを有し、前記ダイアフ
ラム部と前記固定電極とがギャップをおいて互いに対向
する関係となるキャビティ部を設けて前記第1及び前記
第2の基板とが接合されたセンサチップを備え、前記ダ
イアフラム部に加わる被測定圧力とキャビティ内圧力と
の差圧に応じて前記ギャップのギャップ幅を変化させて
該ギャップ幅の変化による前記ダイアフラム部と前記固
定電極との間の静電容量の変化によって前記圧力を検出
するようにした静電容量型圧力センサにおいて、密閉さ
れた基準圧力室を設ける静電容量型圧力センサである。
【0014】さらに、本発明は、前記第1の基板に対し
て、前記第2の基板と対向するように圧力に応じて変形
するダイアフラム部を有する第3の基板を設けて、基準
圧力室を形成せしめる上記の静電容量型圧力センサであ
る。
【0015】さらに、本発明は、前記第1の基板と前記
第2の基板とによる、第1の基準圧力室内圧力と、第1
の基板と第3の基板とによる第2の基準圧力室内圧力
が、同じ圧力になる構造にする上記の静電容量型圧力セ
ンサである。
【0016】又、本発明は、前記第1の基板と前記第2
の基板とによる、第1の基準圧力室内圧力と、第1の基
板と第3の基板とによる第2の基準圧力室内圧力が、異
なる内圧を有する上記の静電容量型圧力センサである。
【0017】さらに、本発明は、前記基準圧力室に窒素
ガスを封入する上記の静電容量型圧力センサである。
【0018】又、本発明は、前記基準圧力室に不活性ガ
スを封入する上記の静電容量型圧力センサである。
【0019】さらに、本発明は、前記不活性ガスはアル
ゴンガスよりなる上記の静電容量型圧力センサである。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明では、第1の基板であるガ
ラス基板に第3の基板となるシリコン基板を対向させる
ことによって、密閉した基準圧力室を有する構造にして
いる。このようにして、キャビティである基準圧力室が
密閉構造を有することから、大気等が直接基準圧力室に
入ることはなく、基準圧力室内の流体の温度、湿度など
の環境条件の影響を受けなくなり、正確な圧力検出を行
う事が出来る。
【0021】
【実施例】以下に、本発明に係わる静電容量型圧力セン
サの実施例について、図面に基づき説明する。
【0022】図1は、本発明による静電容量型圧力セン
サの一例を示す図で、図1(a)は静電容量型圧力セン
サの断面図、図1(b)は静電容量型圧力センサチップ
の断面図である。図1に示すように、本発明の圧力セン
サのセンサチップ34は、第1の基板であるガラス基板
12と、第2の基板であるシリコン基板11と、第3の
基板であるシリコン基板31とで構成している。
【0023】貫通孔25を備えた固定電極16及び35
を有するガラス基板12と、被測定流体の圧力により変
形する可動電極を構成するダイヤフラム部13を有する
シリコン基板11と、大気または被測定流体との比較と
なる流体の圧力により変形する可動電極を構成するダイ
アフラム部32を有するシリコン基板31とを、ガラス
基板12をシリコン基板11と31とが挟むように接合
して、第1の基準圧力室1と第2の基準圧力室2を設け
た。
【0024】また、第1の基準圧力室1と第2の基準圧
力室2とが同じ圧力になるように、貫通孔19をガラス
基板12に設けた。
【0025】センサチップ34は、台座23上に接着さ
れている。また、台座23には、大気導入用、または被
測定流体と比較する圧力を有する流体を導入する為の貫
通孔20を形成し、ダイアフラム部32に圧力が加わる
ようにした。台座23には、モールド成型時に同時にイ
ンサート成形したリード端子24を配置してあり、リー
ド端子24と固定電極16及び35とは、リード線18
及び37によって電気的に接続している。
【0026】前記センサチップには、前記固定電極16
及び35からの電気的引き出しのために、シリコン基板
11及び31とガラス基板12との間に横穴(図示せ
ず)が形成されている。センサチップ34の横穴を通
し、固定電極16及び35が外部に電気的に引き出され
る。そして、第1の基準圧力室1と第2の基準圧力室2
とセンサチップ外領域との通気を遮断するため、前記横
穴は封止材17及び36によって封止される。封止材1
7及び36を施す前記横穴の封止工程は、乾燥した窒素
雰囲気中で行い、第1の基準圧力室1よび第2の基準圧
力室2中に、気中水分等が入らないようにした。
【0027】さらに、台座23には、被測定流体導入の
為の導入孔21を設けたカバー部材としてのモールド材
よりなるキャップ部22を超音波溶着によって接合シー
ルしている。
【0028】図1に示す静電容量型圧力センサでは、ダ
イアフラム部13に圧力が加わると、第1の基準圧力室
1内流体との差圧の大きさに応じて可動電極を構成する
ダイアフラム部13が変形する。ダイアフラム部13の
変形によって、ダイアフラム部13と固定電極16との
間のギャップが変化することになる。ここで、ダイアフ
ラム部13と固定電極16との間には、C1=ζ(A1/
d1)の関係がある。なお、C1は静電容量、ζは流体の
誘電率、A1は電極面積、d1は電極間ギャップ幅であ
る。
【0029】また、ダイアフラム部32に圧力が加わる
と、第2の基準圧力室2内流体との差圧の大きさに応じ
て、可動電極を構成するダイアフラム部32が変形す
る。ダイアフラム部32の変形によって、ダイアフラム
部32と固定電極35との間のギャップが変化すること
になる、ここで、ダイアフラム部32と固定電極35と
の間には、C2=ζ(A2/d2)の関係がある。なお、
C2は静電容量、ζは流体の誘電率、A2は電極面積、d
2は電極間ギャップ幅である。
【0030】従って、ギャップ幅の変化によって静電容
量が変化することになり、さらに、差圧とギャップとの
間には一定の相関関係があり、第1の基準圧力室1と第
2の基準圧力室2とは同じ圧力なので、回路上で演算処
理を行い、C=C1ーC2と静電容量の差を検出すること
によって、被測定流体の圧力と大気導入用または被測定
流体の比較となる、流体の圧力との差を知ることができ
る。
【0031】上記のようにして、キャビティ内流体の温
度・湿度などの状態の影響を受けにくく、正確な圧力検
出を行うことのできる静電容量型圧力センサが得られ
た。
【0032】また、貫通孔19のないガラス基板を用い
て、第1の基準圧力室と第2の基準圧力室との通気を遮
断して密閉し、第1の基準圧力室には被測定流体圧近傍
の圧力のアルゴンガスを、第2の基準圧力室には1気圧
の窒素ガスを、封入した。封入時の圧力および温度は厳
密に測定し、演算処理の初期条件とした。また、ダイア
フラム部の柔軟性を強化した。このようにして、さらに
感度が高く、温度、湿度などの環境条件の影響を受けに
くく、正確な圧力検出を行うことのできる静電容量型圧
力センサが得られた。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、キャビティ内流体の温
度・湿度などの状態の影響を受けにくく、正確な圧力検
出を行うことのできる、感度の高い静電容量型圧力セン
サが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の静電容量型圧力センサの一例を示す
図。図1(a)は本発明の静電容量型圧力センサの一例
を示す断面図、図1(b)は本発明の静電容量型圧力セ
ンサの一例のセンサチップを示す断面図。
【図2】従来の静電容量型圧力センサの一例を示すAー
A(図3)断面図。
【図3】静電容量型圧力センサの一例を示す外観斜視
図。
【符号の説明】
1 第1の基準圧力室 2 第2の基準圧力室 11 シリコン基板(第2の基板) 12 ガラス基板(第1の基板) 13 ダイアフラム部 14 キャビティ部 15 センサチップ 16 固定電極 17 封止材 18 リード線 19 (ガラス基板の)貫通孔 20 (台座の)貫通孔 21 導入孔 22 キャップ部 23 台座 24 リード端子 25 貫通孔 31 (本発明の第3の基板の)シリコン基板 32 (本発明の第3の基板の)ダイアフラム部 34 (本発明の)センサチップ 35 (本発明のガラス基板の)固定電極 36 封止材 37 リード線

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定電極が形成された第1の基板と、差
    圧に応じて変形するダイアフラム部が形成された第2の
    基板とを有し、前記ダイアフラム部と前記固定電極とが
    ギャップをおいて互いに対向する関係となるキャビティ
    部を設けるように前記第1の基板と前記第2の基板とが
    接合されたセンサチップを備え、前記ダイアフラム部に
    加わる被測定流体圧力とキャビティ内圧力との差圧に応
    じて前記ギャップのギャップ幅を変化させて該ギャップ
    幅の変化による前記ダイアフラム部と前記固定電極との
    間の静電容量の変化によって圧力を検出するようにした
    静電容量型圧力センサにおいて、密閉された基準圧力室
    を設けることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
  2. 【請求項2】 前記第1の基板に対して、前記第2の基
    板と対向するように圧力に応じて変形するダイアフラム
    部を有する第3の基板を設けて、基準圧力室を形成せし
    めることを特徴とする請求項1記載の静電容量型圧力セ
    ンサ。
  3. 【請求項3】 前記第1の基板と前記第2の基板とによ
    る、第1の基準圧力室内圧力と、第1の基板と第3の基
    板とによる第2の基準圧力室内圧力が、同じ圧力になる
    構造にすることを特徴とする請求項1または2記載の静
    電容量型圧力センサ。
  4. 【請求項4】 前記第1の基板と前記第2の基板とによ
    る、第1の基準圧力室内圧力と、第1の基板と第3の基
    板とによる第2の基準圧力室内圧力が、異なることを特
    徴とする請求項1または2記載の静電容量型圧力セン
    サ。
  5. 【請求項5】 前記基準圧力室に窒素ガスを封入するこ
    とを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の静
    電容量型圧力センサ。
  6. 【請求項6】 前記基準圧力室に不活性ガスを封入する
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の
    静電容量型圧力センサ。
  7. 【請求項7】 前記不活性ガスはアルゴンガスよりなる
    ことを特徴とする請求項6記載の静電容量型圧力セン
    サ。
JP17097397A 1997-06-11 1997-06-11 静電容量型圧力センサ Pending JPH112579A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4660888A (en) * 1985-10-18 1987-04-28 Tachikawa Spring Co. Seat cover

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4660888A (en) * 1985-10-18 1987-04-28 Tachikawa Spring Co. Seat cover

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