JPS63149531A - 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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- JPS63149531A JPS63149531A JP61294787A JP29478786A JPS63149531A JP S63149531 A JPS63149531 A JP S63149531A JP 61294787 A JP61294787 A JP 61294787A JP 29478786 A JP29478786 A JP 29478786A JP S63149531 A JPS63149531 A JP S63149531A
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- JP
- Japan
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- silicon
- diaphragm
- pressure sensor
- insulating substrate
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Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 20
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
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、特にその改良に関する。
圧力センサ、特にその改良に関する。
第４図は静電容量式圧力センサの従来例を示す断面図で
ある。
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
イアプラム部であシ、とれにはリード綜１３を取シ出す
ための金属パッド（Ａｔ。
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
イアプラム部であシ、とれにはリード綜１３を取シ出す
ための金属パッド（Ａｔ。
Ａｕ 、モリブデンｔ４）３が形成される。シリコンダ
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（Ａ２×１０″″＠／℃）硼珪酸ガラス２にＣｒ−人
ｕ ｅ Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕ等からなるスルーホール電極
４を設けたものが公知の静電接合法によつて接合され、
これによって測定室１５が形成される。さらに、この硼
珪酸ガラス２上には、コバールやＦ６−Ｎｉ系の金属パ
イプ７が低熱膨張係数（５Ｘ１０−’／’Ｃ）のガラス
６等によって接着され、圧力Ｐの導入口が形成される。
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（Ａ２×１０″″＠／℃）硼珪酸ガラス２にＣｒ−人
ｕ ｅ Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕ等からなるスルーホール電極
４を設けたものが公知の静電接合法によつて接合され、
これによって測定室１５が形成される。さらに、この硼
珪酸ガラス２上には、コバールやＦ６−Ｎｉ系の金属パ
イプ７が低熱膨張係数（５Ｘ１０−’／’Ｃ）のガラス
６等によって接着され、圧力Ｐの導入口が形成される。
しかしながら、以上の如き静電容量式圧力センサには次
のような問題点がある。
のような問題点がある。
イ）Ｄ電接合法によれば、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、接合部に気泡（未接
合部）が残るため、気密性が低い。
極間空隙の再現性は良好であるが、接合部に気泡（未接
合部）が残るため、気密性が低い。
口）静電接合以外の方法として、第４図の静電接合部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とガラス基台２とを接合する方法がある。この方法は
気密性は良好であるが、空隙を寸法精度良く再現するの
が困難である。特に、小型化を図る場合は、空隙を１０
μｍ以下にしなければならないが、１０μｍ以下の空隙
を再現性よく作成するのは可成シ困難である。
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とガラス基台２とを接合する方法がある。この方法は
気密性は良好であるが、空隙を寸法精度良く再現するの
が困難である。特に、小型化を図る場合は、空隙を１０
μｍ以下にしなければならないが、１０μｍ以下の空隙
を再現性よく作成するのは可成シ困難である。
ハ）硼珪酸ガラスにＣｒ−Ｎｉ−Ａｕ等の薄膜を蒸着等
によって形成し、いわゆるＡｕ−８ｉ共晶反応を利用し
て接合する方法もあるが、口）の場合と同じく空隙を再
現性よく作成するのが難かしく、位置決めも困難である
。
によって形成し、いわゆるＡｕ−８ｉ共晶反応を利用し
て接合する方法もあるが、口）の場合と同じく空隙を再
現性よく作成するのが難かしく、位置決めも困難である
。
二）一対の対向電極によって圧力測定が行なわれ、測定
室内の圧力媒体の誘電率が温度変化の影響を受けるため
、温度特性が良くなく、圧力に比例した信号が正しく得
られない。
室内の圧力媒体の誘電率が温度変化の影響を受けるため
、温度特性が良くなく、圧力に比例した信号が正しく得
られない。
したがって、この発明はシリコンダイアフラムと電極間
空隙を再現性よく作成でき、かつ圧力導入室（導圧室）
とその外側とを気密に接合することが可能で、しかも温
度特性が良好な高精度の静電容量式圧力センサを提供す
ることを目的とする。
空隙を再現性よく作成でき、かつ圧力導入室（導圧室）
とその外側とを気密に接合することが可能で、しかも温
度特性が良好な高精度の静電容量式圧力センサを提供す
ることを目的とする。
導圧口をもつ厚肉シリコン基台と、シリコン基板の中央
部両面を加工して薄肉にかつその外局部を厚肉にした第
１．第２のシリコンダイアフラムと、スルーホール電極
をもつ絶縁基板とを有し、第１のダイアフラム厚肉部の
一方の面には上記絶縁基板を静電接合して第１の測定室
を形成する一方、他方の面には上記シリコン基台を接合
層により気密接合するとへもに、上記絶縁基板の第１測
定室が形成された面とは反対側の面に第２のシリコンダ
イアフラムの厚肉部を静電接合して第２の測定室を形成
する。
部両面を加工して薄肉にかつその外局部を厚肉にした第
１．第２のシリコンダイアフラムと、スルーホール電極
をもつ絶縁基板とを有し、第１のダイアフラム厚肉部の
一方の面には上記絶縁基板を静電接合して第１の測定室
を形成する一方、他方の面には上記シリコン基台を接合
層により気密接合するとへもに、上記絶縁基板の第１測
定室が形成された面とは反対側の面に第２のシリコンダ
イアフラムの厚肉部を静電接合して第２の測定室を形成
する。
第１のシリコンダイアフラムの厚肉部に接合層を介して
シリコン基台を接合することにより、導圧室とその外側
とを気密接合するとへもにセンサの機械的強度を高め、
さらに第１ダイアフラムのシリコン基台とは反対側の面
にスルーホール電極をもつ絶縁基板を静電接合するとと
にょシ、再現性の良い空隙をもつ第１の測定室を形成す
るとメもに、この絶縁基板に第２のシリコンダイアフラ
ムを静電接合して再現性の良い空隙をもつ第２の測定室
を形成する。
シリコン基台を接合することにより、導圧室とその外側
とを気密接合するとへもにセンサの機械的強度を高め、
さらに第１ダイアフラムのシリコン基台とは反対側の面
にスルーホール電極をもつ絶縁基板を静電接合するとと
にょシ、再現性の良い空隙をもつ第１の測定室を形成す
るとメもに、この絶縁基板に第２のシリコンダイアフラ
ムを静電接合して再現性の良い空隙をもつ第２の測定室
を形成する。
第１図はこの発明の実施例を示す構造図で、同図（イ）
は断面図、（ロ）は上面図である。
は断面図、（ロ）は上面図である。
これは、スルーホール電極４を有する絶縁基板（硼珪酸
ガラス基台、熱膨張係数；五２ｘｉｏ”−ａ／℃）２の
両側に、互いに略等しい形状をもつ２つのシリコンダイ
アフラムＩＡ、ＩＢを静電接合することにより、再現性
の良好な空隙からなる２つの測定室１５Ａ、１５Ｂを形
成した点、およびシリコンダイアフラム１人の厚肉部に
、熱膨張係数がシリコンに近い（３，５Ｘ １０−’／
’Ｃ）ガラスからなる接合層１０を用いてシリコン基台
９を接合することにより、導圧室５とその外側とを気密
接合するとへもに、センサの機械的強度を高めた点が特
徴であシ、その他は第４図と同様である。なお、１６は
測定室１５Ａ、１５Ｂに圧力媒体を導入するための開口
でｌ、とへに所定の媒体を入れることにより、誘電率の
温度による影響を小さくでき、温度特性を良好にするこ
とができる。
ガラス基台、熱膨張係数；五２ｘｉｏ”−ａ／℃）２の
両側に、互いに略等しい形状をもつ２つのシリコンダイ
アフラムＩＡ、ＩＢを静電接合することにより、再現性
の良好な空隙からなる２つの測定室１５Ａ、１５Ｂを形
成した点、およびシリコンダイアフラム１人の厚肉部に
、熱膨張係数がシリコンに近い（３，５Ｘ １０−’／
’Ｃ）ガラスからなる接合層１０を用いてシリコン基台
９を接合することにより、導圧室５とその外側とを気密
接合するとへもに、センサの機械的強度を高めた点が特
徴であシ、その他は第４図と同様である。なお、１６は
測定室１５Ａ、１５Ｂに圧力媒体を導入するための開口
でｌ、とへに所定の媒体を入れることにより、誘電率の
温度による影響を小さくでき、温度特性を良好にするこ
とができる。
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人の薄肉部が圧力ＰＫ応じ
て変位し、これによりリコンダイフラム１人と絶縁基板
２とで形成される空隙（測定室１５Ａ）が変化するので
、この変化を金属パッド３Ａ（リード線１３人）および
スルーホール電極４を介して静電容量として取シ出すこ
とができる。一方、測定室１５Ｂは圧力変動には関４し
ないので、金属パッド５ＢＣ’）−ド線１３Ｂ）と電極
４を介して取シ出される静電容量は、基準または参照用
として用いられる。なお、以上の如く構成されるセンサ
の等価回路を示すと、第２図の如くなる。すなわち、リ
ード線１３Ａと電極４を介して取シ出される容量Ｃｍは
測定用であシ、リード線１３Ｂと電極４を介して取シ出
される容量Ｃｒは参照用である。これらの量を用いると
、圧力ＰＶｉ良く知られているように、 ０ｍ の如く表わされ、温度の関数となる誘電率が関与しなく
なるため、温度の影響を受けない、高精度の圧力信号を
得ることができる。
と、シリコンダイアフラム１人の薄肉部が圧力ＰＫ応じ
て変位し、これによりリコンダイフラム１人と絶縁基板
２とで形成される空隙（測定室１５Ａ）が変化するので
、この変化を金属パッド３Ａ（リード線１３人）および
スルーホール電極４を介して静電容量として取シ出すこ
とができる。一方、測定室１５Ｂは圧力変動には関４し
ないので、金属パッド５ＢＣ’）−ド線１３Ｂ）と電極
４を介して取シ出される静電容量は、基準または参照用
として用いられる。なお、以上の如く構成されるセンサ
の等価回路を示すと、第２図の如くなる。すなわち、リ
ード線１３Ａと電極４を介して取シ出される容量Ｃｍは
測定用であシ、リード線１３Ｂと電極４を介して取シ出
される容量Ｃｒは参照用である。これらの量を用いると
、圧力ＰＶｉ良く知られているように、 ０ｍ の如く表わされ、温度の関数となる誘電率が関与しなく
なるため、温度の影響を受けない、高精度の圧力信号を
得ることができる。
第６図はこの発明の他の実施例を示す断面図である。同
図からも明らかなように、これは第１図（イ）に示すも
のに対し、第２のシリコンダイアフラム９人を接合層１
０Ａにより接合したものである。こうすることにより、
絶縁基板２を中心にした対称性を良好にし、熱膨張係数
の差によって発生するセンサの変形を少なくし、温度特
性をよシ一層改善しようとするものである。なお、その
他の点は第１図と同様である。
図からも明らかなように、これは第１図（イ）に示すも
のに対し、第２のシリコンダイアフラム９人を接合層１
０Ａにより接合したものである。こうすることにより、
絶縁基板２を中心にした対称性を良好にし、熱膨張係数
の差によって発生するセンサの変形を少なくし、温度特
性をよシ一層改善しようとするものである。なお、その
他の点は第１図と同様である。
この発明によれば、第１のシリコンダイアフラムの厚肉
部に接合層を介してシリコン基台を接合することにより
、導圧室とその外側とを気密接合するとへもに、センサ
の機械的強度を高め、さらに第１ダイアプラムのシリコ
ン基台とは反対側の面にスルーホール電極をもつ絶縁基
板を静電接合することにより、再現性の良い空隙をもつ
第１の測定室を形成すると瓦もに、この絶縁基板に第２
のシリコンダイアフラムを静電接合して再現性の良い空
隙をもつ第２の測定室を形成するようにしたので、測定
容量と８照容量とをバランス良く形成することができ、
また外部回路との組み合わせで圧力に比例した信号を容
易に得ることが可能で、しかも温度特性が良好表静電容
量式圧カセンサを提供し得る利点がもたらされる。
部に接合層を介してシリコン基台を接合することにより
、導圧室とその外側とを気密接合するとへもに、センサ
の機械的強度を高め、さらに第１ダイアプラムのシリコ
ン基台とは反対側の面にスルーホール電極をもつ絶縁基
板を静電接合することにより、再現性の良い空隙をもつ
第１の測定室を形成すると瓦もに、この絶縁基板に第２
のシリコンダイアフラムを静電接合して再現性の良い空
隙をもつ第２の測定室を形成するようにしたので、測定
容量と８照容量とをバランス良く形成することができ、
また外部回路との組み合わせで圧力に比例した信号を容
易に得ることが可能で、しかも温度特性が良好表静電容
量式圧カセンサを提供し得る利点がもたらされる。
第１図はこの発明の実施例を示す構造図、第２図はこの
発明によるセンサの等価回路を示す回路図、第３図はこ
の発明の他の実施例を示す断面図、第４図はセンサの従
来例を示す断面図である。 符号説明 １ 、ＩＡ、ＩＢ・・・・・・シリコンダイアフラム、
２・・・・・・絶縁基板、５．３Ａ、３Ｂ・・・・・・
金属パッド、４・・・・・・スルーホール電極、５・・
・・・・４圧室、６，１０．１ＯＡ・・・・・・接合層
、７・・・・・・パイプ、８・・・・・・静電接合部、
９．９Ａ・・・・・・シリコン基台、１３，１３Ａ、１
３Ｂ・・・・・・リード線、１５，１５Ａ、１５Ｂ・・
・・・・測定室、１６・・・・・・開口。 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 情 Ｍ １ 図 Ｃ口） Ｑ廼 冨２ 図 第 ３ 図 圧力Ｐ Ｍ４ 囚
発明によるセンサの等価回路を示す回路図、第３図はこ
の発明の他の実施例を示す断面図、第４図はセンサの従
来例を示す断面図である。 符号説明 １ 、ＩＡ、ＩＢ・・・・・・シリコンダイアフラム、
２・・・・・・絶縁基板、５．３Ａ、３Ｂ・・・・・・
金属パッド、４・・・・・・スルーホール電極、５・・
・・・・４圧室、６，１０．１ＯＡ・・・・・・接合層
、７・・・・・・パイプ、８・・・・・・静電接合部、
９．９Ａ・・・・・・シリコン基台、１３，１３Ａ、１
３Ｂ・・・・・・リード線、１５，１５Ａ、１５Ｂ・・
・・・・測定室、１６・・・・・・開口。 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 情 Ｍ １ 図 Ｃ口） Ｑ廼 冨２ 図 第 ３ 図 圧力Ｐ Ｍ４ 囚
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）導圧口をもつ厚肉シリコン基台と、シリコン基板の
中央部両面を加工して薄肉にかつその外局部を厚肉にし
た第１、第２のシリコンダイアフラムと、スルーホール
電極をもつ絶縁基板とを有し、前記第１ダイアフラム厚
肉部の一方の面には前記絶縁基板を静電接合して第１の
測定室を形成する一方、その他方の面には前記シリコン
基台を接合層により気密接合するとともに、前記絶縁基
板の第１測定室が形成された面とは反対側の面に第２シ
リコンダイアフラムの厚肉部を静電接合して第２の測定
室を形成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、前記第１、第２測定室内の絶縁基板上の電
極部の面積を互いに略等しくしてなる静電容量式圧力セ
ンサ。 ３）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、前記第２シリコンダイアフラ
ムの厚肉部に、さらに他のシリコン基台を接合層により
接合してなる静電容量式圧力センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61294787A JPS63149531A (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | 静電容量式圧力センサ |
| US07/127,262 US4769738A (en) | 1986-12-12 | 1987-12-01 | Electrostatic capacitive pressure sensor |
| DE19873741941 DE3741941A1 (de) | 1986-12-12 | 1987-12-10 | Elektrostatischer kapazitiver drucksensor |
| BR8706755A BR8706755A (pt) | 1986-12-12 | 1987-12-11 | Sensor de pressao capacitivo eletrostatico |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61294787A JPS63149531A (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | 静電容量式圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63149531A true JPS63149531A (ja) | 1988-06-22 |
Family
ID=17812272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61294787A Pending JPS63149531A (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | 静電容量式圧力センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4769738A (ja) |
| JP (1) | JPS63149531A (ja) |
| BR (1) | BR8706755A (ja) |
| DE (1) | DE3741941A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007064920A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型力学量センサ |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI84401C (fi) * | 1987-05-08 | 1991-11-25 | Vaisala Oy | Kapacitiv tryckgivarkonstruktion. |
| FI893874A (fi) * | 1989-08-17 | 1991-02-18 | Vaisala Oy | Kontaktfoersedd givare med skiktstruktur samt foerfarande foer utfoerande av kontakteringen. |
| WO1998017987A1 (de) * | 1996-10-24 | 1998-04-30 | Joshua Lanter | Kapazitiver druck- oder kraftsensor |
| US6498074B2 (en) | 1996-10-29 | 2002-12-24 | Tru-Si Technologies, Inc. | Thinning and dicing of semiconductor wafers using dry etch, and obtaining semiconductor chips with rounded bottom edges and corners |
| US6882030B2 (en) | 1996-10-29 | 2005-04-19 | Tru-Si Technologies, Inc. | Integrated circuit structures with a conductor formed in a through hole in a semiconductor substrate and protruding from a surface of the substrate |
| WO1998019337A1 (en) | 1996-10-29 | 1998-05-07 | Trusi Technologies, Llc | Integrated circuits and methods for their fabrication |
| US20040099061A1 (en) | 1997-12-22 | 2004-05-27 | Mks Instruments | Pressure sensor for detecting small pressure differences and low pressures |
| SE9704840D0 (sv) * | 1997-12-22 | 1997-12-22 | Cecap Ab | Tryckgivare för detektering av små tryckdifferenser och låga tryck |
| US6322903B1 (en) | 1999-12-06 | 2001-11-27 | Tru-Si Technologies, Inc. | Package of integrated circuits and vertical integration |
| US6717254B2 (en) | 2001-02-22 | 2004-04-06 | Tru-Si Technologies, Inc. | Devices having substrates with opening passing through the substrates and conductors in the openings, and methods of manufacture |
| US6787916B2 (en) | 2001-09-13 | 2004-09-07 | Tru-Si Technologies, Inc. | Structures having a substrate with a cavity and having an integrated circuit bonded to a contact pad located in the cavity |
| US6848177B2 (en) * | 2002-03-28 | 2005-02-01 | Intel Corporation | Integrated circuit die and an electronic assembly having a three-dimensional interconnection scheme |
| US20030183943A1 (en) * | 2002-03-28 | 2003-10-02 | Swan Johanna M. | Integrated circuit die and an electronic assembly having a three-dimensional interconnection scheme |
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| US6993973B2 (en) * | 2003-05-16 | 2006-02-07 | Mks Instruments, Inc. | Contaminant deposition control baffle for a capacitive pressure transducer |
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