JPS5835433A - 多空洞の可変静電容量圧力変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 膜型式の構造を有し，常態ではｔ’ｒ＊でＩる圧力より
も高い圧力を取や扱うことのできる一つの可変静電容量
圧力変換１６に俤る。本発明Ｆｉまたかような変換器を
製作する方法に４係る。

ｉｑｔｉ年３月コ弘日発行の島田その他による米国４Ｉ
許第嘱コ６２コクダ号に示されたような圧力変換ｓ＃ｉ
．劇作の容易性，及びホウケイ駿ガラスのプレートと組
合わされ、そのｌ！ＩＩＫ陽也的に接着された一つの隔
膜材料とＬ’？０シリコンの好都合な特性を利用してＩ
Ｉ＠されている。隔膜表面中め食刻した！！１所紘，食
絢処理によって極めて正確に寸法法めされ良ガラスプレ
ーートの対向する空洞を以て形成し。

温度変化に対して安定した一つの圧力−変換器構造を提
供するｔものである。この型式の圧力変換器Ｆｉｔた多
量生産を容易ならしめ，ま九一つの良い変換器の必要な
特性を犠牲にすることなく小型化を可能からしめる，そ
の構造の著しい簡単性に基つく利益を有する。

上述の特許に記載された型式の圧力変換器この方法は，
バッチ処理技術を用いるために結果として生ずる便宜を
有し，制作工程中で最後の段階とし１個々の交換中に薄
切りにされたシリコンの単一ウェー７７から多数Ｏ交換
器ｉｓ作する方法ｔ−請求している。

上述の％軒中に述べられた型式の圧力変換器はすべて静
電接着といわれる（屡々陽極皺接看とみなされる）一つ
の工程を利用して。

中へ円形凹所か食刻された一つのシリコン円板の反対側
に対する電極支持プレートを感知する二つのパイレクス
ガラスを付層する。凹所の直径は隔膜区域の直径を限足
し，凹坊の深さはコンデンサプレートの間隔上限定する
。

圧力が片側に通用された時の隔膜の偏差は隔膜の片側上
の静電容量増加及び反対側上の静電容量減少によって感
知される。この装置によって測定できる圧力範囲＃′ｉ
，隔膜±の圧力の単位からの偏差によって決足ａｎ．ａ
隔膜は，締付けた隔膜の理論に於て，直径のｌＩ−ＪＩ
！！を厚さ３乗で割つｋもｔ）Ｋ比例する。即ち。

こξに　Ｄ【一ｄめ直径 を冨犀さ ｄ＝中心点の偏差 ｐ−圧力差 上述の技術に従って作られ大圧力交換器に用いる範Ｓを
変えるためには，隔膜直径１ｐｌ及び隔膜厚さ１ｔ＠を
変えることによって変化が行なわれる。例えば、４し直
径を半分にすると，圧力範ｌ！ｉ鉱／Ａ倍に増加し，ま
た厚さｔ倍忙すると，圧力範囲はｔ倍に増加する。

理論的には，隔膜に対して最大の偏差を仮定すると，厚
さ及び直径管適当に選ぶことによって任意の圧力範囲を
得ることができる。しかし実際問題として，一つの隔膜
に対して夷用的に達成できゐ厚さ及び直径に対すゐ値に
は限度かあるから、上記のことは実際にヰろうではない
。従って、これられ値によって詮定された一つの単一隔
膜に対しては実用的な観念に於て一つＯ上限圧力が存在
す為。

固定直径に対して、圧力範囲は隔膜の厚さを増すことに
よって増すことができる。圧力範囲か増すにつれて、空
洞上に作用する力は圧力と空洞面積との積に比例して増
加する。

たとえ一つの隔膜の犀さｔａｇｓな偏１１に対して作る
ことができても、上記の力は材料０！Ｉｌ１度を越える
＠所に達する廓のである。操作するまためＫＦｉ、空１
ｉ８０直径は、隔膜Ｏ厚さ會増す代シに減少しなけれは
ならない。それ故に直径の選択は、第−Ｋ１１ｆｆ丁べ
き圧力【含６ように直径を充分小さくＳ定することによ
シ。

特定０５ｍ１度に対して行なわれる。第二に隔膜の厚さ
は１ｗＩ定すべき圧力に於て所望の隔膜の偏差を与える
ように選ばれる。

また直径が減少するにつれてユニツ）Ｃ）静電容量が直
径０２乗として減少するので、隔膜に対する直径ｔとの
ように小さくすることができるかの限度も存在する。こ
のことが重ｌ！になるのは、交換器に対する電気的接続
が常にそれらの接続と関連する成るレベルの漂遊容量（
ｓｔｒａｙ　ｃａｐａｃｉｔｙ）ｌ有するものと考えら
れる時である。従って、直径が減少し且つ装置Ｏ静電容
量が低下するにつれて、漂遊容量が装置容量に比して大
暑Ａする点に達して一状調定（ｌｉｎｅａｒ　ｍｅａａ
ｕｒ＠ｍ＠ｎｔ扉行なわれる・典型的には交流である測
定信号が、＊ｔｏインピーダンスか高過ぎる故に小さ過
ぎ、１また音又は温度係数の限度に対する信号Ｏ故に精
度が落ちるような第二の間■が小さい直径Ｏ隔膜を使用
することから生ずる。

本発明の目的は一つの交換器構造及び先行技術の装置の
上限圧力を越えることのできる一つのユニットを提供し
得る一つの製作方法を得ることである。

容量性圧力交換器は、牛導体＠料〇一つの隔ｇを誘電性
材料の一つのプレートに対し静電的に接着することによ
って用意される。＃隔＠ｋｉ凹所を形成する九めに多数
の区域から除かれた材料ｔ−潰し、ま要請プレー）はそ
り表面上に対応する金属化区域を形成している。

凹所によって形Ｗ１．された空洞及び接着されたプレー
トはそれらの間の流体圧力を均等化するために用意され
九通路によって相互に連絡され、また金属化区域はプレ
ート上に形成された共通プレートに対向して一つの共通
コンデンサプレートと口て電気的に相互に接続されてい
る。

本発明は第一図、ＷＡ二図丞び島三図に示すような一つ
の差圧変換器を記述することによって最も曳く解説する
ことかできる。この変−器は隔膜材料として半結晶Ｑ・
である象加剤人シシリコンのような一つの導電性材料を
用い、この単結晶中には隔膜構造物（１０の両面の各々
に食刻し九五つの円形凹所Ｏか存・在する。

ｃｎらの凹所は、全て０日７ｙｒｔｓ互這絡する通路に
°沿って食刻したＩｌ筐たは遥路犠４によって相互に連
絡されている。

シリコン隔膜構造物饅はホウケイ酸ガラスであることか
好ましい誘電体プレート−によって１１面が固めらｎて
いる。これらＯプｙ−トＢ、ｉｑ４ｇ年を月／Ｊ日付で
ポメランツ氏（Ｐｏｍｅｒａｎｔｔ　）に対し発行され
た米ｓＩＩｉＷＩｆｍ３３デフ、λ７を号に述べられ九
靜電接着島量に従って、静電的に接着されている。こ０
１１着処理はガラスプレートとこれらＯ＃料自体ＯＩｔ
度に近いシリコン隔膜構造物との関１０１ｊＩｊ４着を
用意する。

一ガラスプレーｋ　ａ６１の各々は、隔ａｍ遺ＨＥ）凹
所に対面するプレー）０１１！−上に溶着された薄い金
属フィルムａ１ａｔ有する。仁のフイ奔ムは凹所０パタ
□−ンに対応する−りのパターン中に溶着されている。

円形の薄いフィルムの溶着物αＳＦｉ、これら溶着力６
８０全てが一つの単一コンデンサプレー）を形陽するよ
うに。

半径方向通路０に沿う相互に連結する薄いフィルム溶着
物によって、他の溶着物と電気的に接続されている。

中央空洞Ｏ位置にあるガラスプレートの各々Ｑ他の儒に
たり一つの薄いフィルム溶着物■か溶着され、そ０円形
の金属化された表面は、ｌ＠口＠の表面上の夫々のフィ
ルム溶着物ＯＫよって電気的ＫＩＩ絖されて呻る。従っ
て。

円高上の空調の各々はそれに関係して、ガラスフレー　
トＪ−で一つのコンデンサフレートを形成する一つの薄
いフィルムの円形溶着物を有している。円周上Ｏプレー
トＯ全ては中央空洞に於て溶着物に電気的に接続され１
次いで開口（２）中のフィルムロを経て、一つの外部接
続点として役立つ溶着物（至）にａｍする。比較すべ！
電圧は中央開口＠を通って中央空洞ａ３まで導入され、
従って、ま九椙互連結溝又は通路ａ４を経て隔膜構造物
の同じ儒上０４にての円周空洞まで導入される。

隔膜構造物（１（Ｉへの電気的接続は、こＯ単位の円周
の周シの露出区域に於轄る＃構造−に対して直接に行な
うこと一工できる。突出するタブは該目的のため鑑隔膜
構造ＯＩＩ分として編入することかできる。

可変静電容量差圧変換器に用いるよ述０１１造物は以下
に！！約した手段によってＩ！利に作る（とができる。

ａＯａ薗　の次数の厚さを有する添加剤入りの単結晶シ
リコンウエーファから出発して。

その二つの対向表面の隔置区域ａりから除かれ且つ化学
的食刻のような食刻処理などによって通路ｆｉ４管相互
連絡して所定の深さの凹所管作る。凹所の深さは含まれ
た圧力の範囲に対し遥轟な静電容量の変化を用意するた
めに選ばれ、また凹ＷＩＯ面積は、測定すべき圧力の範
囲及び必−！！表力に対して制定された必ｌ！県件に従
って定められる。

ホウケイ酸ガラスのような誘電性材料の二つの別個のプ
レート上で、多数の隔置区域餞及び相互連絡するストリ
ップａ９に茨て薄いフィルム溶着物か溶着されていゐ。

これらの溶着物は隔膜構造物中で多数の円形！！１所及
び相互連絡通路に対応する一つのパターンＩＦ’に存在
する。従って１円形の薄いフィルム溶着物は薄いフィル
ムストリップａ５ＪＫよって電気的に相互接続されて一
つの卑−コンデンナプレートを形成する。

開口＠は、ガラスプレートを通ずる一つの流体通過手段
としてガラスプレートの中心に穿孔する４とによシ形成
さｒｔ”ｔいる。これらの開口の表面はその上に金属の
フィルム溶着物が溶着され、プレート食通じて薄いフィ
ルム溶着物との電気的接続が用意される。こＯ電気的接
続は開口の区域中Ｏ一つの薄いフィルム溶着物ＣＩＩＫ
よって更に増ｇＩｌされ、外ＩＩＯ電気的接続に対して
用意される。

隔膜構造部ａｓ　Ｆｉｚの際、ガラスプレートの間に接
着され、隔膜構造部α・の！！ｌ＾Ｑ３がガラスプレー
トと共に、溝または通路Ｉによって形成され九通路によ
シ相互連絡され良別個の空洞を形成するようになる。

変換器が一つＯ単一側面を有するように作ることができ
ることＦｉ、この分野の専門家にとって明白なことであ
る。従って、凹所は隔膜の片側にのみ形威すみことがで
き、また単一ガラスプレートは、対応して隔置された区
域及び相互連絡通路上の溶着物と共に用いることができ
る。

上述Ｏ構造は静電気的に隔膜構造物に接着したシリコン
隔膜及びホウケイ瞭ガラスプレートを利用すみものであ
るか、この分野Ｏ専門家は、シリコン隔膜を他Ｏ半導体
材料に代えることができ、またガラスプレーｔｔ、＊造
物の素子の間に静電的接着をな訃許し＆から匍の誘電性
材料に代えることができる仁とは勿論である。しかし半
導体材料及び誘電性材料が同様な膨１１ｏ温度係数を有
することは重要である。鼓に見出されていることは、シ
リコンが棗い隔膜材料を作シ、またホウケイ酸ガラスが
プレート構造物に１１めて遍しており、且つシリコンの
膨＠ＯＩＩ度係数とａソ同様な膨張の温度係数含有する
ことである。

以下１不発Ｗ１４０Ｉ！施態様を列挙する。

（１）　　隔置区域に於ける半導体材料の除去鉱食刻に
よって完成噛れる特許請求の範囲ＩＲ１項に記載の製作
方法 （２１半導体材料はシリコンであシ、誘電性材料隔置区
域は金属の薄いフィルム管ガラスの誘電性材料０１１ａ
Ｋｊ用することによって形成される前記ＪＩＩＩＪｊに
記載の製作方法＜３）　　無機の電気的絶縁材料がホウ
ケイ酸ガラスであること。

半導体材料が添加剤人シシリコンであるこ互連絡する一
連の通路であ夛、筐た前記プレ−トの各々を通る一つＯ
Ｖａ口が各儒上Ｏ前記空゛洞を異なる流体圧力に接続す
ること。

前記導電性表面が一つ０金属り薄いフィルム溶着物であ
ること、及び 電気通量を用意する前記手段が前妃導電褒ＩＩを相互連
絡する通路に沿って金属Ｏ薄いフィルム溶着物を含むこ
と。

よシ成る特許請求の範Ｓ第３項に記載の圧力交換器 （４）無機の電気的肥縁材料のウェーファがホウケイ酸
ガラスであ夛、また隔膜構造ｏｑ導体材料が悩加剤入シ
シリコンである４１軒請求の範８１／４ダ項に記載の圧
力交換器 （５）　　前記空洞の間に流体流通を用意するためＯ前
記手段が前記凹！Ｉ！ＩｔＳ互連絡する一ｊｌＯ遥路を
含む特許請求の範ｌ！纂弘項又は前記＃！ダ項にｉｅｌ
！の圧力変換器 （６）前記凹房に食刻によって作らｎ、また前記導電性
表Ｉｌ＃ｉ前記絶縁材の表面上に金属Ｏ薄いフィルムを
溶着することによって作られる＊ｙｎｎ求り範囲第ダ項
又は前記第ダ項に記載の圧力変換器 （７１前記絶縁材料を通ずる流体通路を用意し且つ前記
空洞と連絡するための手段が含まれている前記第５項に
記載の圧力変換器 ＠ａｍの簡単なＩ！明 第−図は五つの別個な空洞を有する単一容量的圧力交換
器の上面図である。

第二ＷＪＦｉ第−図に示さｎえ交換器構造物の横断面の
正働図である。

第三図は第一図に示された交換ｅ構造物の横断面Ｏ透視
図である。

図に於て。

ａＱは隔膜構造物 ０３は中央空洞 ａ４１／Ｉｉ通路 ａｅ＃ｉガラスプレート 時は薄い金属フィルム 鋳は半径方向通路 ■は薄いフィルム溶着物 ■はフィルム溶着物 翻Ｆｉ−〇 特　許　出　願　八　　　リード・アント°・ノーヌロ
ツプ・フムパニ− ＦＩＧ／ ＦＩＧ２ ＩＧ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１隔離された区域及びそれら区域１１６ｍ１連絡路
   から、半導体材料の一つの導電性ウエーファの一つの表
   面上で、該材料０表面中に連絡された多数の凹所管作る
   えめに。 該半導体材料の一部を除く仁と。 誘電性材料の表面上で導電性材澗の＊ａ区域を形成する
   こと。 前記区域の一つに蒙て―記誘電性材料を通る開口を形成
   すること。 前記開口の円周を導電性材料で櫨纏すること。 半導体材料Ｏ凹所が隣接して隔置され且つ整列するよう
   に、半導体材料の表面を誘電性材料の表ｌ１ｌＫ電気的
   に接着し、それｋよって。 生じ九空洞中に電気的コンデンサを形成し。 該コンデンサかその一つのプレートとして他のプレート
   から隔置された半導体材料を有し。 導電性区域の少くと４一つを含み、従って。 それによって形成されたコンデンサの静電容量が半導体
   材料の前記ウェーフッＯ反対情上に作用する差圧の変化
   の関数として可変であるようにすること。 の工１１ｔ含む可変静電容量圧力変換器Ｏａ＋作方法 （２１多数の浅い凹所及びそれらＯ関Ｏ相亙連絡溝を１
   反対Ｏ区域に於てシリコンＯ導電性プレートの各反対側
   上で食刻すること。 一つの導電性の薄いフィルムを１区域中で隔置された相
   互連絡路に沿って、前記隔膜表面上の前記凹所の間隔に
   整合するように、ホウケイ酸ガラスの二つのプレート上
   Ｋ１着すること。 前記プレートの各々に蒙て、前記区域Ｏ少くとも一つが
   前記凹所の全てに対して前記ウエーファを遍る一つの圧
   力伝達路を用意するために、一つの一口會形成すること
   。 前記溶着の全てに対する電気的！Ｉ点管用意するために
   導電性フィルムて前記−口を被覆すること、及び 導電区域が前記隔膜の凹所に対向し且つそれに整合し、
   従って、隔ｌｘの各儒上Ｏ全ての区域か同じ流体圧力管
   受けるように、前記隔膜Ｏ反対側に対して前記プレー）
   １靜電的に接着すること。 の工程を含む可愛静電容量差圧変換器の製作方法 （３１暴勃プレートの各々の一つの表面上の隔置区域上
   に溶着された多数の導電５ｌａｉ１を有する無機の電気
   的絶縁材料の一対のプレートと。 前記プレートの間に静電的に接着された導電性半導体材
   料の一つのウェー７７であって。 前記半導体材料が対向関係でその両表面に多数の凹ＷＩ
   ！有し、隔膜の反対側上で多数の液密空洞を前記プレー
   トと共に形成するために前記導電性表面と整合する一つ
   ０り二一ファと。 ＠起生導体材料の対向＠が異なる流体圧力ｔ−ｆえうる
   ように、前記半導体材料の各９Ａ面上で全ての空洞との
   流体連通を用意する手段と。 ・半導体材料と半導体材料の任意の一側面上の導電表面
   との間の各空洞中に形成されたコンテ、ン、すが全て釜
   列に接続されるように、゛前記プレートの各々上の全て
   の導電表面の間に電気通信を用意する手段と。 を含むコンデンサ型式の差圧父換器 （４１ウエーファの一つの表面の隔置部゛分上に溶着し
   た多数の相互連絡した導電゛性ｔＲ面を有して該表面上
   に一つのコンデンサプレート會形成する無機の電気的絶
   縁材のウニ□−ファ。 多数の隔置凹所を有する半導体隔膜構造であって、゛骸
   構造が前記ウエーファに電気的に接着されて前′記りエ
   ーファと多数の空洞を形成し、前記ウエーファの導電性
   表面が勧記隔震構造に対面している半導体隔膜構造。 圧力変化の大きさの表示として隔膜構造と導電区域との
   間で静電容量を変えるために。 空洞中の流体圧−力の変化適用に応答して隔膜構造か対
   内するコンデンサプレードと゛して作用する□ように前
   記空洞の間に流体連通を用意する手段と。 を含′ｂコンデンサ型式の圧力変換器