JPS61272623A - 静電容量式圧力センサ - Google Patents
静電容量式圧力センサInfo
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- JPS61272623A JPS61272623A JP11434485A JP11434485A JPS61272623A JP S61272623 A JPS61272623 A JP S61272623A JP 11434485 A JP11434485 A JP 11434485A JP 11434485 A JP11434485 A JP 11434485A JP S61272623 A JPS61272623 A JP S61272623A
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- silicon
- pressure sensor
- glass
- electrode
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、シリコンダイアフラムを用いた静電容量式
圧力センサの構造に関する。
圧力センサの構造に関する。
第４図はかかる静電容量式圧力セｙすの従来例を示す断
面図である。
面図である。
同図において、１はシリコン平板の一方の面の中央部が
超音波加工やエツチング技術等によって薄肉化されたダ
イアフラムであり、これにはリード線１３を取り出すだ
めの金属パッド（Ａ７ 、 Ａｕ 。
超音波加工やエツチング技術等によって薄肉化されたダ
イアフラムであり、これにはリード線１３を取り出すだ
めの金属パッド（Ａ７ 、 Ａｕ 。
モリブデン等）３が形成される。シリコンタイアフラム
１の厚肉部には、熱膨張係数がシリコンに近い（３，２
Ｘ １０−’ ／’Ｃ）硼珪酸ガラス２にＣｒ−Ａｕ、
Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕ等からなるス／ｌ／−ホール電極４を
設けたものが静電接合され、これによって測定室１５が
形成される。この硼珪酸ガラス２上には、さらにコバー
ルやＦｅ−Ｎ１系の金属パイプ７が低熱膨張係数（５，
ＯＸ １０’−’ ／’Ｃ）のガラス６等によって接合
され、圧力Ｐの導入口が形成される。
１の厚肉部には、熱膨張係数がシリコンに近い（３，２
Ｘ １０−’ ／’Ｃ）硼珪酸ガラス２にＣｒ−Ａｕ、
Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕ等からなるス／ｌ／−ホール電極４を
設けたものが静電接合され、これによって測定室１５が
形成される。この硼珪酸ガラス２上には、さらにコバー
ルやＦｅ−Ｎ１系の金属パイプ７が低熱膨張係数（５，
ＯＸ １０’−’ ／’Ｃ）のガラス６等によって接合
され、圧力Ｐの導入口が形成される。
しかしながら、以上のよう々静電容量式センサには以下
の如き問題点がある。
の如き問題点がある。
イ）静電接合法では、シリコンダイアフラム部と電極間
空隙の再現性は良好であるが、接合部にどうしても気泡
が残るため、気密性が低下する。
空隙の再現性は良好であるが、接合部にどうしても気泡
が残るため、気密性が低下する。
口）静’に接合以外の方法とし、て、第４図の接合層８
に低熱膨張係数のガラスを用いてシリコンダイアフラム
１とガラス基板とを接合する方法がある。
に低熱膨張係数のガラスを用いてシリコンダイアフラム
１とガラス基板とを接合する方法がある。
この方法は気密性は非常に良好であるが、空隙を寸法精
度よく再現することができない。特に、小型化を図る場
合は、空隙を１０μｍ以下にし々ければならないが、１
０μｍ１１以下の空ｌｉｇ＋を再現性よ（作成するのは
可成り困難である。
度よく再現することができない。特に、小型化を図る場
合は、空隙を１０μｍ以下にし々ければならないが、１
０μｍ１１以下の空ｌｉｇ＋を再現性よ（作成するのは
可成り困難である。
ハ）硼珪酸ガラスにＣｒ −Ｎ ｉ −Ａ ｕ等の薄膜
を蒸着等によって形成ｌ〜、いわゆるＡｌ１−８ Ｉ共
晶反応によって接合する方法もあるが、口）の場合と同
じくを諒を再現性よく作成するのが鼾Ｌ〃・しく、位置
決めも困難である。
を蒸着等によって形成ｌ〜、いわゆるＡｌ１−８ Ｉ共
晶反応によって接合する方法もあるが、口）の場合と同
じくを諒を再現性よく作成するのが鼾Ｌ〃・しく、位置
決めも困難である。
したがって、この発明はシリコンタ”イアフラムと電極
間空隙（以下、単に空隙という。）を再現性よく作成で
き、圧力導入室とその外側とを気密接合するととが可能
で、しかも機械的強度も充分な静電容量式圧力センサを
提供することを目的とする。
間空隙（以下、単に空隙という。）を再現性よく作成で
き、圧力導入室とその外側とを気密接合するととが可能
で、しかも機械的強度も充分な静電容量式圧力センサを
提供することを目的とする。
〔問題点を解決するだめの手段および作用〕シリコンダ
イアフラムの厚肉部に、熱膨張係数がシリコンに近い（
３，５Ｘ １０−’／’Ｃ：）ガラスを用いてシリコン
基台を接合することにより、圧力導入室とその外側とを
気密接合するとともにセンサの機械的強度を高め、さら
にダイアフラムのシリコン基台とは反対の面に、スルー
ホール電極をもつ絶縁材料（硼珪酸ガラス）を静電接合
にて接合することにより、空隙の再現性を良好にする。
イアフラムの厚肉部に、熱膨張係数がシリコンに近い（
３，５Ｘ １０−’／’Ｃ：）ガラスを用いてシリコン
基台を接合することにより、圧力導入室とその外側とを
気密接合するとともにセンサの機械的強度を高め、さら
にダイアフラムのシリコン基台とは反対の面に、スルー
ホール電極をもつ絶縁材料（硼珪酸ガラス）を静電接合
にて接合することにより、空隙の再現性を良好にする。
第１図はこの発明の実施例を示す断面構成図である。
シリコンダイアフラム１は、結晶面（１００）を主平面
とするシリコンウェハ（低抵抗にしたもの）を、ＨＦ−
ｌ−ｌＮＯ３系のエツチング液で片面ずつ等方向にエツ
チングして正確に製造される。なお、この場合のダイア
フラム部の形状は円形であるが、アルカリエツチング液
やエチレンジアミン・ピロカテコール系でエツチング加
工すれば、正方形または長方形のダイアフラムを形成す
ることができる。こうして作られたシリコンダイアフラ
ム１はシリコン基台９に、シリコンと熱膨張係数の近い
ガラス（接合層１０）を介Ｌ２て気密接合される。
とするシリコンウェハ（低抵抗にしたもの）を、ＨＦ−
ｌ−ｌＮＯ３系のエツチング液で片面ずつ等方向にエツ
チングして正確に製造される。なお、この場合のダイア
フラム部の形状は円形であるが、アルカリエツチング液
やエチレンジアミン・ピロカテコール系でエツチング加
工すれば、正方形または長方形のダイアフラムを形成す
ることができる。こうして作られたシリコンダイアフラ
ム１はシリコン基台９に、シリコンと熱膨張係数の近い
ガラス（接合層１０）を介Ｌ２て気密接合される。
なお、このガラス部の厚さを２０μｍ程度とし、７１０
℃例近で接合してもダイアフラムの変形は殆んどないこ
とが確かめられている。
℃例近で接合してもダイアフラムの変形は殆んどないこ
とが確かめられている。
一方、シリコンダイアフラム１の他面には、対をなすス
ルーホール電極４，５をもつ硼珪酸ガラス（熱膨張係数
； ３．２ Ｘ １０−’／℃） ２が良く知られてい
る静電接合法によって固着される。このとき、硼珪酸ガ
ラス２の厚みはダイアフラム１の厚肉部のそれに比べて
充分薄く形成される。また、スルー２ホール電極４は例
えば、Ｃｒ −Ａｕ −Ｓ ｉ ０２を５００λ〜２５
ｏｏｆ〜６０００Ｘ程度の厚みで付け、電極５は例えば
、Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕを５ｏｏＸ〜２゜００ｘ〜２５００
Ｘ程度の厚みで付けてそれぞれ形成される。なお、電極
５のシリコンダイアフラム１と接する表面にＡｕを形成
しておき、静電接合を６７０℃程度で行なえば、リード
線引き出しのための金属パッドの機能を持ちながら１．
ＡｕとＳｉ６一 が接合する部分でＡｕ−８ｌ共晶反応がおこり、強固な
接合を得ることができる。
ルーホール電極４，５をもつ硼珪酸ガラス（熱膨張係数
； ３．２ Ｘ １０−’／℃） ２が良く知られてい
る静電接合法によって固着される。このとき、硼珪酸ガ
ラス２の厚みはダイアフラム１の厚肉部のそれに比べて
充分薄く形成される。また、スルー２ホール電極４は例
えば、Ｃｒ −Ａｕ −Ｓ ｉ ０２を５００λ〜２５
ｏｏｆ〜６０００Ｘ程度の厚みで付け、電極５は例えば
、Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕを５ｏｏＸ〜２゜００ｘ〜２５００
Ｘ程度の厚みで付けてそれぞれ形成される。なお、電極
５のシリコンダイアフラム１と接する表面にＡｕを形成
しておき、静電接合を６７０℃程度で行なえば、リード
線引き出しのための金属パッドの機能を持ちながら１．
ＡｕとＳｉ６一 が接合する部分でＡｕ−８ｌ共晶反応がおこり、強固な
接合を得ることができる。
さらに、シリコン基台９にはコバールやＦｅ −Ｎｉ系
の如（熱膨張係数の小さな金属から彦るパイプ７（熱膨
張係数；５．０Ｘ１０″”／’Ｃ）が低融点、低熱膨張
係数をもつガラス（作業点；４５０°Ｃ付近、熱膨張係
数； ４．９ Ｘ １０−’／’Ｇ ）の接合層６によ
って接合される。したがって、金属パイプ７を介して圧
力Ｐが導入されると、シリコンダイアフラム１の薄肉部
が圧力に応じて変位し、これによりシリコンダイアフラ
ム１とガラス基台２とで形成される空隙（測定室１５）
の間隔が変化するので、この変化を１対の電極４および
５を介して静電容景として取り出すことができる。
の如（熱膨張係数の小さな金属から彦るパイプ７（熱膨
張係数；５．０Ｘ１０″”／’Ｃ）が低融点、低熱膨張
係数をもつガラス（作業点；４５０°Ｃ付近、熱膨張係
数； ４．９ Ｘ １０−’／’Ｇ ）の接合層６によ
って接合される。したがって、金属パイプ７を介して圧
力Ｐが導入されると、シリコンダイアフラム１の薄肉部
が圧力に応じて変位し、これによりシリコンダイアフラ
ム１とガラス基台２とで形成される空隙（測定室１５）
の間隔が変化するので、この変化を１対の電極４および
５を介して静電容景として取り出すことができる。
とのＪ：うに、ガラスによる気密接合の特徴を生かして
シリコン基台を接合することにより、気密性とセンサ部
の機緘的強度の向上を図るとともに、静電接合にともな
う変形は微小であることを利用して空隙を精度良く形成
し得るようにしたものである。
シリコン基台を接合することにより、気密性とセンサ部
の機緘的強度の向上を図るとともに、静電接合にともな
う変形は微小であることを利用して空隙を精度良く形成
し得るようにしたものである。
第２図はこの発明の他の実施例を示す断面構成図である
。
。
これは第１図に示されるものに対して第２の電極１１を
設け、これをいわゆるリファレンス（標準）電極として
用いるように１７だものである。このため、電極１１は
シリコンダイアフラム１の変位が最も小さい位置に設け
られる。なお、このリファレンス電極は良く知られてい
るように、センサの温度等による誤差を補正するために
設けられるものであり、その補正方法も周知であるので
その説明は省略する。なお、出願人も特開昭５９−１６
５５１３号等を出願している。
設け、これをいわゆるリファレンス（標準）電極として
用いるように１７だものである。このため、電極１１は
シリコンダイアフラム１の変位が最も小さい位置に設け
られる。なお、このリファレンス電極は良く知られてい
るように、センサの温度等による誤差を補正するために
設けられるものであり、その補正方法も周知であるので
その説明は省略する。なお、出願人も特開昭５９−１６
５５１３号等を出願している。
第５図はこの発明のさらに他の実施例を示す断面構成図
である。
である。
これは第２図をさらに変形したもので、測定電極４だけ
がシリコンダイアフラム１の薄肉部と対向するように、
換言すればリファレンス電極１１がその厚肉部と対向す
るように、ダイアフラム１の中央部の窪みの大きさを図
の如くその上、下で異なるようにしたものである。
がシリコンダイアフラム１の薄肉部と対向するように、
換言すればリファレンス電極１１がその厚肉部と対向す
るように、ダイアフラム１の中央部の窪みの大きさを図
の如くその上、下で異なるようにしたものである。
なお、第２図および第６図に示されるものにおいては、
リング状に形成される２つの電極４，１１の面積を互い
に略等しくすると、最も良好な特性が得られることが確
かめられている。
リング状に形成される２つの電極４，１１の面積を互い
に略等しくすると、最も良好な特性が得られることが確
かめられている。
〔発明の効果〕
この発明によれば、シリコン基台をシリコンダイアフラ
ムの厚肉部にガラスで接合するようにしたので、圧力導
入室とその外側との気密性が確保されるばかりでな（セ
ンサの機緘的強度が高まり、さらにダイアフラムのシリ
コン基台とは反対側の面にはスルーホール電極をもつ硼
珪酸ガラスを静電接合するようにしだので、空隙を精度
よく形成し得る利点が得られる。また、センサの構成材
料を全てシリコンに極めて近い熱膨張係数をもつ材料と
し九〜め、温度特性も極めて良好になる効果がもたらさ
れるものである。
ムの厚肉部にガラスで接合するようにしたので、圧力導
入室とその外側との気密性が確保されるばかりでな（セ
ンサの機緘的強度が高まり、さらにダイアフラムのシリ
コン基台とは反対側の面にはスルーホール電極をもつ硼
珪酸ガラスを静電接合するようにしだので、空隙を精度
よく形成し得る利点が得られる。また、センサの構成材
料を全てシリコンに極めて近い熱膨張係数をもつ材料と
し九〜め、温度特性も極めて良好になる効果がもたらさ
れるものである。
第１図はこの発明の実施例を示す断面図、第２図はこの
発明の他の実施例を示す断面図、第５図はこの発明のさ
らに他の実施例を示す断面図、第４図は静電容量式圧カ
センザの従来例を示す断面図である。 符号説明 １・・・・・・シリコンダイアフラム、２・・・・・・
ガラス基台、３・・・・・・金属パッド、４・・・・・
・電極、５・・・・・・固定電極、６，１０・・・・・
・接合層、７・・・・・・金属パイプ、８・・・・・・
静電接合部、９・・・・・・シリコン基台、１１・・・
・・・リファレンス（基準）電極、１３・・・・・・リ
ード線、１５・・・・・・測定室 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 第１図 ρ 第２図 ソフルノス電五５ ア３ １３
／３’１１４２ ５ ８
１５シｊ’ｌ定室′ 世 ９ い ＋Ｘ３図 ＠４図
発明の他の実施例を示す断面図、第５図はこの発明のさ
らに他の実施例を示す断面図、第４図は静電容量式圧カ
センザの従来例を示す断面図である。 符号説明 １・・・・・・シリコンダイアフラム、２・・・・・・
ガラス基台、３・・・・・・金属パッド、４・・・・・
・電極、５・・・・・・固定電極、６，１０・・・・・
・接合層、７・・・・・・金属パイプ、８・・・・・・
静電接合部、９・・・・・・シリコン基台、１１・・・
・・・リファレンス（基準）電極、１３・・・・・・リ
ード線、１５・・・・・・測定室 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 第１図 ρ 第２図 ソフルノス電五５ ア３ １３
／３’１１４２ ５ ８
１５シｊ’ｌ定室′ 世 ９ い ＋Ｘ３図 ＠４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）シリコン基板の中央部両面を薄肉その外周部を厚肉
にそれぞれ形成してなるダイアフラムと、導圧口を持つ
厚肉シリコン基台と、少なくとも２つのスルーホール電
極を持つ絶縁基板とからなり、前記ダイアフラム厚肉部
の一方の面には該絶縁基板を静電接合して測定室を形成
する一方、ダイアフラム厚肉部の他面には前記シリコン
基台を接合層により気密接合してなる静電容量式圧力セ
ンサ。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の静電容量式圧力セン
サにおいて、前記絶縁基板に設けられるスルーホール電
極の１つをダイアフラムの厚肉部位置に形成してなる静
電容量式圧力センサ。 ６）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の静電容
量式圧力センサにおいて、前記絶縁基板上に設けられる
スルーホール電極表面の材質を金（Ａｕ）にしてなる静
電容量式圧力センサ。 ４）特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記
載の静電容量式圧力センサにおいて、前記ダイアフラム
薄肉部と対向する絶縁基板に２つのスルーホール電極を
形成し、その一方は測定電極、他方はリフアレンス（標
準）電極としてなる静電容量式圧力センサ。 ５）特許請求の範囲第４項に記載の静電容量式圧力セン
サにおいて、前記測定電極のみをダイアフラム薄肉部と
対向して形成してなる静電容量式圧力センサ。 ６）特許請求の範囲第４項または第５項に記載の静電容
量式圧力センサにおいて、前記２つのスルーホール電極
面積を略等しくしてなる静電容量式圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11434485A JPS61272623A (ja) | 1985-05-29 | 1985-05-29 | 静電容量式圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11434485A JPS61272623A (ja) | 1985-05-29 | 1985-05-29 | 静電容量式圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61272623A true JPS61272623A (ja) | 1986-12-02 |
Family
ID=14635414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11434485A Pending JPS61272623A (ja) | 1985-05-29 | 1985-05-29 | 静電容量式圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61272623A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63149531A (ja) * | 1986-12-12 | 1988-06-22 | Fuji Electric Co Ltd | 静電容量式圧力センサ |
| JPH0197229U (ja) * | 1987-12-19 | 1989-06-28 | ||
| JPH03501060A (ja) * | 1989-03-21 | 1991-03-07 | エンドレス ウント ハウザー ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング ウント コンパニー | 容量型圧力センサーおよびその製造法 |
| JP2007232650A (ja) * | 2006-03-02 | 2007-09-13 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型圧力センサ |
| JP2007248149A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型圧力センサ |
| JP2013198979A (ja) * | 2006-04-13 | 2013-10-03 | Samsung Electronics Co Ltd | 単結晶シリコン電極を備えた容量性微小電気機械式センサー |
-
1985
- 1985-05-29 JP JP11434485A patent/JPS61272623A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63149531A (ja) * | 1986-12-12 | 1988-06-22 | Fuji Electric Co Ltd | 静電容量式圧力センサ |
| JPH0197229U (ja) * | 1987-12-19 | 1989-06-28 | ||
| JPH03501060A (ja) * | 1989-03-21 | 1991-03-07 | エンドレス ウント ハウザー ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング ウント コンパニー | 容量型圧力センサーおよびその製造法 |
| JP2007232650A (ja) * | 2006-03-02 | 2007-09-13 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型圧力センサ |
| JP2007248149A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型圧力センサ |
| JP2013198979A (ja) * | 2006-04-13 | 2013-10-03 | Samsung Electronics Co Ltd | 単結晶シリコン電極を備えた容量性微小電気機械式センサー |
| JP2015180521A (ja) * | 2006-04-13 | 2015-10-15 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 単結晶シリコン電極を備えた容量性微小電気機械式センサー |
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