KR20010041219A - 압력 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명의 압력 센서는, 압력을 받는 제 1 면을 갖는 다이어프램(6)과 스페이서(7)를 통해서 다이어프램과 대향 배치된 감열 저항부를 갖는 열식 검지부(3)를 구비한 압력 센서에 있어서, 압력의 변화에 의한 다이어프램의 변위량을 상기 열식 검지부에서 열 평형 상태의 변화량으로서 검지하도록 했기 때문에, 계측 유체로부터 직접 압력을 받는 다이어프램 표면은 성막, 사진 제판 등의 가공이 필요하지 않기 때문에, 열식 압력 검출 소자의 주요부를 실리콘 기판 상에 간단한 제조 공정으로 일괄해서 대량으로 만들 수 있고, 열식 압력 검출 소자의 정밀도나 신뢰성을 향상시킴과 동시에 염가인 압력 센서를 얻을 수 있다.

Description

압력 센서{PRESSURE SENSOR}

계측 유체의 압력과 해당 유체로부터 압력을 받는 하우징상의 다이어프램의 휨량과의 사이에 성립하는 거의 일의적인 함수 관계를 이용하여, 다이어프램 상에 성막 기술, 사진 제판 기술 등을 이용해서 제작한 변형 게이지를 이용하여 다이어프램의 휨량을 계측하고, 이 다이어프램의 휨량에 비례한 유체의 압력을 얻도록 한 압력 센서는 내연 기관의 흡입 공기량의 검출, 차량의 브레이크 유압의 검출 등에 널리 이용되고 있다.

도 22는, 예컨대 일본 실용신안 공개 소하 61-137242 호(실용신안 출원 소하 60-19572 호 마이크로 필름) 공보에 개시되어 있는 종래의 압력 센서의 단면도이다.

도 22에 있어서, 101은 금속제의 하우징이고, 102는 변형 게이지(103)를 구비한 반도체 단결정판이며, 해당 반도체 단결정판은, 예컨대 실리콘 기판으로 이루어진다. 도 22에 도시한 금속제 하우징(101)에 반도체 단결정판(102)을 접착한 것에 있어서는, 금속제 하우징(101)과 반도체 단결정판(102)의 재질이 다르기 때문에, 온도 변화시에 선(線) 팽창 계수의 차이에 의해 다이어프램을 구성하는 반도체 단결정판(102)에 변형이 발생하기 쉬워, 측정 오차의 요인으로 되고 있었다. 또한, 반도체 단결정판(102)에 직접 계측 유체의 압력이 가해지기 때문에, 금속제 하우징(101)과 반도체 단결정판(102) 사이에 충분히 강한 접합 강도가 필요하였다.

또한, 도 23에 있어서, 104는 금속제의 하우징이며, 해당 하우징(104)은, 예컨대 스테인레스강관 등의 관재를 절단한 것으로 이루어져 있다. 상기 하우징(104)에 용접되는 금속 박막(105)은 압연재의 얇은 판으로 형성되어 있고, 압연재 때문에 균일한 막두께에서 또한 평활한 표면을 가지게 형성되어 있다. 그리고, 이 금속 박막(105)의 재질은 상기 하우징(104)의 재질과 마찬가지의 것이 사용되고 있다. 또한, 상기 금속 박막(105)의 상면에는 절연막으로서의 역할을 수행하는 산화규소 박막(106)이 형성되어 있다. 산화규소 박막(106)의 형성에는 플라즈마 CVD법이 채용되고 있다. 다음에, 상기 산화규소 박막 상에 변형 게이지(107)를 구성하는 실리콘 박막을 플라즈마 CVD법에 의해 성막한다. 이 실리콘 박막에 에칭을 실시하여, 도 23에 도시하는 바와 같이 부분적으로 실리콘 박막을 남기고, 그 밖의 부분을 제거시켜, 남은 실리콘 박막에 의해 변형 게이지(107)를 형성한다. 또한, 이 변형 게이지(107)에 금 등의 금속을 증착하여 전극을 형성하고, 이 전극에 리드선을 초음파 본딩(bonding)에 의해서 첨착(添着)하여, 전극 및 판독선을 적절히 접속함으로써 회로를 구성할 수 있다.

상기 도 22, 도 23에 나타내는 종래의 압력 센서는 변형 게이지를 이용한 것으로, 다이어프램에 가해진 측정 유체의 압력에 의해 다이어프램이 변형되고, 그 변형을 다이어프램상의 변형 게이지에 의해 측정하는 타입의 압력 센서이다. 이 외에 다이어프램의 휨을 용량 변화로서 검출하는 압력 센서도 이용되고 있다.

도 24는, 예컨대 일본 특허 공개 소하 제 60-56233 호 공보에 개시되어 있는 종래의 용량 검출 타입의 압력 센서의 단면도(a) 및 평면도(b),(c)이다.

도면에 있어서, 108은 기대(基坮)에서 윗표면의 중앙부에는 전극(109)을, 주연(周緣)부에는 보정용 전극(110)을 양자 모두 동심원적으로 갖고, 또한 양자간의 간격 중에 관통홀(111)을 마련하고 있다. 112는 다이어프램에서 전극(109)과 대향하는 전극(113)을 표면에 갖고 있다. 114는 전극(109, 113)사이에 갭(115)을 형성하기 위해서 기판(108)과 다이어프램(112)과의 사이에 개재시키는 갭 조정용 글라스 비드이다. 이 압력 센서는 다이어프램(112)에 압력 P가 가해지면 중앙부의 갭(115)이 작아지고, 전극(109, 113) 사이의 정전 용량이 증가한다. 이 용량 변화와 계측 유체의 압력 사이에 성립하는 거의 일의적인 함수 관계를 이용하여, 압력을 측정하고자 하는 것이다.

종래의 압력 센서에 있어서는, 상기한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 실리콘 기판 상에 형성된 변형 게이지를 이용하는 경우, 하우징과 변형 게이지가 형성된 실리콘 기판 사이에 충분한 접합 강도를 확보할 수가 없기 때문에, 직접 실리콘 기판에 측정 유체의 압력을 부여하여, 측정 유체의 압력의 측정을 할 수 없다. 그 때문에, 측정 유체에 의해 변형하게 된 다이어프램을 이용하여 별실의 완충재에 작용시켜, 완충재의 압력을 실리콘 기판 상의 변형 게이지를 이용하여 측정하지 않으면 안되었다.

또한, 금속 다이어프램 상의 실리콘 박막 변형 게이지를 이용하는 경우, 압력을 받는 금속 다이어프램 상의 실리콘 박막의 변형 게이지를 직접 일괄 대량 형성하는 것은 실리콘 기판용(실리콘 프로세스용) 장치를 전용할 수 없기 때문에, 용이하지 않았다.

또한, 용량 검출 타입의 압력 센서에 있어서는, 금속 다이어프램 상에 절연막을 형성하고, 그 후 용량 검출용 전극을 사진 제판 기술 등을 이용하여 형성하지 않으면 안된다. 이와 같이, 종래에는, 금속 다이어프램을 이용한 경우, 금속 다이어프램에 성막, 사진 제판 등의 가공을 실시할 필요가 있어, 종래 실리콘 기판에 적용하고 있는 성막 장치, 사진 제판 장치를 이용할 수 없다. 또한, 실리콘 기판을 이용한 경우, 압력 센서의 구조가 복잡해져, 염가로 신뢰성이 높은 압력 센서를 제조할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기 종래의 문제를 해결하기 위해서, 간편한 열식 압력 센서를 실현하는 것을 목적으로 한다. 열식 압력 센서는 압력을 받는 다이어프램의 변위량을 열적으로 검출하는 것으로, 해당 다이어프램과 일정 거리 떨어진 검출 소자의 발열체 혹은 발열체에 의해서 가열된 부분으로부터 다이어프램의 변위에 따라 빼앗가는 열량의 변화를 계측하는 것이다.

본원 발명에 있어서는, 종래부터의 실리콘 기판에 적용되는 제조 기술 및 장치를 이용하여, 실리콘 기판 상에 측정 소자를 일괄 대량 생산할 수 있어, 하우징상의 금속 다이어프램을 수압체로서 이용하지만, 금속 다이어프램에 가공을 실시할 필요가 없고, 또한 압력 측정시 측정 소자에 직접 외력이 작용하지 않기 때문에 완충재를 유지하는 별실을 마련할 필요가 없는, 신뢰성이 높고 염가인 압력 센서를 얻는 것을 목적으로 한다.

발명의 개시

본 발명에 따른 압력 센서는, 압력을 받는 제 1 면을 갖는 다이어프램 구조와, 해당 다이어프램 구조의 제 2 면에 대향 배치된 열식 검지부를 구비한 압력 센서에 있어서, 압력의 변화에 의한 상기 다이어프램의 변위량을 상기 열식 검지부에서 열적으로 검지하도록 구성했기 때문에, 압력을 받는 다이어프램 표면은 성막, 사진 제판 등의 가공의 필요가 없으므로, 열식 압력 검출 소자의 주요부를 실리콘 기판 상에 간단한 제조 공정으로 일괄해서 대량으로 만들 수 있어, 열식 압력 검출 소자의 정밀도나 신뢰성을 향상시킴과 동시에 염가인 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 열적으로 비접촉해서 압력을 계측하기 때문에, 계측 중에 열식 압력 검출 소자에 직접 외력이 작용하지 않아 하우징과 열식 압력 검출 소자 사이에 계측유체의 압력에 견디는 접합 강도를 유지할 필요가 없고, 간단한 구조로 할 수 있어, 염가인 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 이 압력 센서에 있어서, 열식 검지부는 발열 수단을 갖고, 다이어프램의 변위량을 상기 열식 검지부의 저항값 변화량에 의해 계측하도록 구성했기 때문에, 발열부 자신이 온도 검출 기능을 가지며, 발열부의 저항값을 계측하기 위한 계측 회로가 간단하기 때문에, 염가인 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 열식 검지부는 일정 온도로 발열하는 발열 수단을 갖고, 다이어프램의 변위량을 상기 열식 검지부의 전류값 변화량에 의해 계측하도록 했기 때문에, 발열부자신이 온도 검출 기능을 가지며, 브릿지(bridge) 회로를 구성함으로써 계측 전류값을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 열식 압력 검출 소자의 감도를 향상시킬 수 있음과 동시에 염가인 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 다이어프램에 대향 배치된 열식 검지부의 크기를 상기 다이어프램보다 작게 했기 때문에, 다이어프램의 변위가 큰 부분에 대향하여 열식 검지부를 마련할 수 있어, 압력에 의한 열식 검지부의 저항, 전압, 전류의 변화량이 크고 감도가 높은 압력 센서를 얻을 수 있다. 또한, 열식 검지부가 작기 때문에, 소비 전력이 삭감된 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 열식 검지부는 발열 수단을 갖고, 또한 해당 발열 수단에 인접하여 온도 검출부를 구비하며, 다이어프램의 변위량을 상기 온도 검출부의 온도 변화량에 의해 계측하도록 했기 때문에, 온도 검출부의 감도가 높은 검출기를 이용할 수 있어, 감도가 좋은 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 주위 온도를 계측하여 보상하는 온도 보상 수단을 더 구비했기 때문에, 주위 온도를 측정함으로써 사용 환경 온도의 변화에 의한 영향을 제거할 수 있어, 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 다이어프램의 온도를 계측하여 보상하는 제 2 온도 보상 수단을 구비하였으므로, 주위 온도와 다이어프램의 온도를 측정함으로써 사용 환경 온도나 다이어프램의 온도 변화에 의한 영향을 제거할 수 있어 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 다이어프램의 제 2 면의 단부에 대향하여 배치된 제 2 열식 검지부를 구비하였기 때문에, 즉, 압력에 의한 변위가 없는 다이어프램의 외측에 제 2 열식 검지부를 마련하여, 압력에 따라 변화하지 않는 레퍼런스 출력을 얻어지도록 했으므로, 신호 출력과의 차를 구함으로써 동일 위상의 노이즈 성분을 제거할 수 있으며, 염가이고 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다. 또한, 제 2 열식 검지부를 갖기 때문에, 다이어프램의 온도도 계측할 수 있고, 사용 환경 온도나 다이어프램의 온도의 변화에 의한 영향을 제거할 수 있어 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 제 1 열식 검지부와 제 2 열식 검지부에서 브릿지 회로를 구성했기 때문에, 간편한 회로로 신호 처리가 가능해지고 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 압력 센서는, 열식 검지부를 기판의 오목부에 마련하고, 해당 기판의 오목부에 의해 다이어프램과 상기 열식 검지부가 대향 배치하도록 형성하여, 압력을 받는 제 1 면을 갖는 다이어프램 구조와, 해당 다이어프램 구조의 제 2 면에 대향 배치된 열식 검지부를 구비한 압력 센서를 구성하고, 압력의 변화에 의한 상기 다이어프램의 변위량을 상기 열식 검지부에서 열적으로 검지하도록 했기 때문에, 수압면으로 되는 다이어프램과 열식 검출 소자의 거리를 정밀하게 제어할 수 있어, 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 이 압력 센서에 있어서, 열식 검지부와 다이어프램과의 사이의 대향 거리를 규정하는 스페이서를 열식 검지부가 형성된 기판 상에 구비했기 때문에, 스페이서를 사진 제판 기술을 이용하여 기판 상에 일괄 대량 형성할 수 있고, 또한 다이어프램과 열식 검출 소자의 거리를 정밀하게 제어할 수 있어 염가이고 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 압력 센서는, 제 1 다이어프램의 제 2 면에 대향 배치되고, 실리콘 기판에 적어도 그 일부가 지지된 제 2 다이어프램 구조를 형성하며, 해당 제 2 다이어프램 상에 열식 검지부가 배치되기 때문에, 절연성 지지막으로 형성된, 강도가 충분히 유지된 다이어프램을 간단히 제조할 수 있고, 또한 열절연성을 향상시킬 수 있으므로 저소비 전력으로 감도가 우수한 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 발열부를 지지하고 있는 절연성 지지막을 브릿지 형상으로 구성하기 때문에, 한층더 열절연성이 우수하고 저소비 전력으로 감도를 향상시킬 수 있으며, 이 브릿지 구조에 의해 열식 압력 검출 소자부는 그 양면에 작용하는 압력이 동일하기 때문에, 변위가 없고 선 형성이 우수한 출력을 갖는 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 실리콘 기판의 제 2 면측에 공극을 갖고, 제 2 다이어프램 면으로부터 법선 방향의 공극 길이를 상기 제 2 다이어프램과 압력을 받는 다이어프램의 거리보다 크게 했기 때문에, 공극 방향으로 흐르는 열류 성분을 억제할 수 있어 소비 전력을 삭감할 수 있다.

본 발명에 따른 압력 센서는, 열식 검지부를 덮는 보호부를 더 구비했기 때문에, 신뢰성이 더욱 향상되고, 또한 이 보호부 내부의 압력을 대기압 혹은 대기압보다 높게 했기 때문에, 압력 검출 소자의 감도를 항상 일정하게 유지할 수 있고, 효율적으로 발열부로부터의 열이 다이어프램에 전달되므로, 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

본 발명은 압력을 계측하는 압력 센서에 관한 것으로, 열식 압력 검출 소자에 포함되는 발열체 혹은 발열체에 의해 가열된 부분으로부터 일정 거리를 두고 대향 배치되어 있는 압력을 받는 다이어프램에 의해 빼앗기는 열량을 열식 압력 검출 소자를 이용하여 계측하는 압력 센서에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 2는 도 1중 A-A 방향의 일부 사시도,

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 4는 또다른 압력 센서의 단면 모식도,

도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 압력 센서의 일부 모식도로, (a)는 열식 검지부가 다이어프램 직경보다 작은 경우, (b)는 열식 검지부가 다이어프램 직경보다 큰 경우의 배치 관계를 나타낸 도면,

도 7은 압력 변화에 따른 다이어프램 변위량을 다이어프램의 직경 방향의 분포로 나타낸 도면,

도 8은 열식 검지부의 발열 분포가 대략 원형 형상이 되도록 형성한 것으로, (a)는 직사각형 형상의 패턴으로 형성한 것, (b)은 소용돌이 형상의 패턴으로 형성한 것을 나타낸 도면,

도 9는 본 발명의 실시예 5에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 10은 도 9중 B-B 방향의 일부 사시도,

도 11은 본 발명의 실시예 6에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 12는 본 발명의 실시예 7에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 13은 도 12의 제 1 및 제 2 열식 검지부를 이용하여 신호 처리 회로를 구성하는 예를 나타낸 것으로, 도면 중 (a)은 열식 검지부의 개략 구성도, (b)는 신호 처리 회로의 예인 브릿지 회로의 구성을 나타낸 도면,

도 14는 본 발명의 실시예 9에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 15는 본 발명의 실시예 10에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 16은 별도의 압력 센서의 단면 모식도,

도 17은 본 발명의 실시예 11에 의한 압력 센서의 단면 모식도,

도 18은 도 17 중 C-C 방향의 일부 사시도,

도 19는 본 발명의 실시예 12, 13에 따른 압력 센서를 설명하기 위한 도로, 도면 중 (a)은 압력 센서의 개관 구성을 나타내는 사시도, (b)는 (a)중 D-D 방향의 단면 모식도,

도 20은 본 발명의 실시예 14에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 21은 본 발명의 실시예 15에 따른 압력 센서의 단면 모식도,

도 22는 종래의 수압면에 실리콘 기판을 이용하여 해당 기판 상에 변형 게이지를 형성한 타입의 압력 센서의 단면도,

도 23은 종래의 수압면에 변형 게이지를 형성한 타입의 압력 센서의 단면도,

도 24는 종래의 용량식 압력 센서의 단면도.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 대해 설명한다.

(실시예 1)

도 1 및 도 2는 본 발명에 관한 압력 센서를 설명하기 위한 도면으로, 도 1은 단면 모식도, 도 2는 도 1중 A-A 방향으로부터의 사시도로, 압력 센서중 압력 검출 소자의 주요부를 나타낸 것이다. 도면에 있어서, 2는, 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)의 한쪽 면에 형성된 전연성 지지막으로, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지고, 이 위에 감열 저항체막(3)이 형성된다. 이 감열 저항체막은, 발열 저항, 측온 저항, 비교 저항에 이용되는 발열부에 상당하는 것으로, 예컨대 백금으로 이루어진다. 이 감열 저항체막중 계측부를 덮도록 보호막(4)이 형성되어 있다. 한편, 하우징(5)상에는 압력을 받는 다이어프램(6)이 형성되고, 이 다이어프램(6)과 감열 저항체막(3)의 계측부가 소정 거리를 두고 대향 배치하도록 스페이서(7)가 배치된다. 또, 3a는 패드부로, 감열 저항체막(3)으로의 배선 취출구이다.

동작에 대하여 간단히 설명한다. 감열 저항체막(3)은 외부로부터의 전원 입력에 의해 통전되어 발열하고 있다. 하우징(5)의 내부가 유체에 의해 압력 P를 받으면, 다이어프램(6)의 변위에 따라 도 1중 S에 있어서의 열의 흐름이 변화한다. 그 때문에, 감열 저항체막(3)의 온도 변화, 저항 변화, 전류값 등의 변화량을 계측하면, 압력을 받은 다이어프램의 변위량, 즉 측정 대상물의 압력을 검출할 수 있게 된다. 즉, 감열 저항체막은 열식 검지부의 역할을 한다.

다음에, 도 2에 나타내는 압력 검출 소자의 주요부의 제조 방법에 대하여 설명한다. 판형상 기재인 두께 약 400㎛의 실리콘웨이퍼(1)상에, 예컨대 두께 약 1㎛의 질화 실리콘 막을 스퍼터법 등의 방법에 의해 형성하고, 또한, 그 위에, 예컨대 두께 0.2㎛의 백금 등으로 이루어지는 감열 저항체막(3)을 증착법이나 스퍼터법 등에 의해 형성한다. 그 후, 안정화를 위해 약 600℃에서 수시간 아닐닝한다. 이 백금막(3)은 사진 제판법, 습식 에칭(wet eching)법 혹은 건식 에칭법 등을 이용하여 패터닝이 실행되고, 이에 따라 도 2와 같은 패턴의 전류로가 형성된다. 패터닝된, 백금막(3) 내지 질화 실리콘막(2) 위에 보호막(4)(도 2에는 도시하지 않음)으로서, 두께 약 0.8㎛의 질화 실리콘막을 스퍼터법 등에 의해 형성한다.

상기에 설명한 바와 같이, 본원 발명의 압력 센서는, 압력 검출 소자부가 소위 실리콘 테크놀리지를 이용하여 실리콘 기판 상에 성막, 사진 제판 기술을 이용해여 형성되어 있고, 하우징(5)에 구비되는 다이어프램(6)에는 직접 검출 소자부가 형성되어 있지 않으며, 또한 압력 검출 소자부와 하우징(6)이 스페이서를 거쳐서 접속되기 때문에 다음과 같은 효과가 있다. 즉, 실리콘 기판 상에 일괄 대량 생산된 열식 압력 검출 소자는 신뢰성이 높고 염가로 얻을 수 있다. 또한, 열식 압력 검출 소자에는 압력 측정에 있어서 외력이 작용하지 않기 때문에, 열식 압력 검출 소자와 해당 다이어프램의 사이에는 강한 접합 강도를 필요로 하지 않아 간단한 압력 센서 구조로 할 수 있다.

상기 실시예에 있어서의 압력 검출 소자의 주요부를 구성하는 각각의 막의 재질이나 두께 등은 상기에 한정되는 것은 아니다. 기재로서의 실리콘의 두께도 400㎛에 한하는 것이 아니다. 또한, 지지막(2) 및 보호막(4)은 산화 실리콘막이더라도 무방하고, 두께도 0.3∼4㎛의 범위이면 된다. 감열 저항체막(3)으로서는 백금막을 이용하는 예에 대해 나타냈는데, 이 경우 내식성이 우수함과 동시에 큰 저항 온도 변화 계수를 갖기 때문에, 신뢰성이 높고 감도가 우수한 압력 센서를 얻을 수 있다. 그러나, 감열 저항체막의 재료도 백금에 한정되지 않고, 예컨대 두께 0.2㎛의 Ni계 합금 또는 Ni에 의해서 이루어지는 막을 스퍼터법이나 증착법등에 의해 형성된 것이어도 무방하다. 감열 저항체막(3)을 Ni계 합금, 또는 Ni에 의해 형성하면, 재료가 염가임과 동시에 큰 저항 온도 변화 계수를 갖기 때문에, 감도가 우수한 압력 센서를 염가로 얻을 수 있다. 또한, Co, Mo 혹은 그들의 합금이더라도 무방하며, 두께도 0.1∼1㎛의 범위이면 된다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 다이어프램(6)을 SUS(스테인레스강)로 하고, 하우징(5)과 일체적으로 성형, 또는 다이어프램(6)을 하우징(5)에 용접 등으로 접착할 수 있고, 이 경우, 내식성이 우수함과 동시에 기계적 성질이 우수하기 때문에, 신뢰성이 우수한 압력 센서를 얻을 수 있다.

(실시예 2)

이하에, 본 발명의 다른 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예 2에 관한 압력 센서의 구조를 나타낸 것으로, 압력 센서의 주요부에 접속된 측정 회로를 설명하기 위한 도면이다. 도면에 있어서, 센서의 주요부는 실시예 1의 도 1에서 설명한 것과 마찬가지이다. 즉, 도면에 있어서, 2는 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)의 한쪽 면에 형성된 절연성 지지막으로, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지고, 이 위에 열식 검지부로서 감열 저항체막(3)이 형성된다. 이 감열 저항체막은 발열 저항, 측온 저항, 비교 저항에 이용되는 발열부에 상당하는 것으로, 예컨대 백금으로 이루어진다. 이 감열 저항체막중 계측부를 덮도록 보호막(4)이 형성되어 있다. 한편, 하우징(5)상에는 계측 유체의 압력을 받는 다이어프램(6)이 형성되고, 이 다이어프램(6)과 감열 저항체막(3)의 계측부가 소정 거리를 두고 대향 배치하도록 스페이서(7)를 통해서 접속된다. 또한, 측정계로서 정전류원(8)을 감열 저항체막(3)과 접속하고 일정 전류를 통전한다. 압력 계측으로서 감열 저항체막의 저항값을 계측하기 위해서 감열 저항체막의 양단의 전압을 전압계(9)를 이용하여 측정한다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 이 압력 센서에 있어서는, 발열부가 온도 검지부를 겸하고 있기 때문에, 열식 압력 검출 소자는 구조가 간단해지고, 계측은 발열부의 저항값을 계측하기 때문에, 계측 회로가 간단해져 염가인 압력 센서를 얻을 수 있다.

또, 도 3에서는 감열 저항체막(3)에 정전류원(8)을 접속하고, 감열 저항체막의 양단의 전압을 전압계(9)를 이용하여 측정하도록 했지만, 또한, 측정계로서 감열 저항체막(3)을 일부에 이용한 브릿지 회로를 구성하여 감열 저항체막(3)과 접속하고, 제어 회로(10)를 이용해서 항상 발열체가 일정 온도로 되도록 제어하여 통전하도록 하더라도 무방하다. 도 4는 본 발명의 다른 압력 센서를 설명하기 위한 도면으로, 도 3에 상당하는 압력 센서부의 감열 저항체막(3)에 제어 회로(10)를 접속한 것이다. 이와 같이, 발열부가 온도 검지부를 겸하고 있기 때문에, 열식 압력 검출 소자는 구조가 간단해지고, 브릿지 회로를 구성함으로써 전류값을 제어할 수 있으므로 열식 압력 검출 소자의 감도를 향상시킬 수 있음과 동시에 염가인 압력 센서를 얻을 수 있다.

상기 실시예 2에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로 감열 저항체막의 재료는 백금에 한정되지 않고 Ni, Co, Mo 또는 그들의 합금에 의해서 두께 0.1∼1㎛의 범위로 형성하여도 무방하다. 다른 지지막(2), 보호막(4)의 재료, 두께 등도 실시예 1과 마찬가지로 질화 실리콘막 대신에 산화 실리콘막이더라도 무방하고 두께도 0.3∼4㎛의 범위이면 된다. 또한, 다이어프램(6)을 SUS로 하고, 하우징(5)과 일체적으로 성형 또는 다이어프램(6)을 하우징(5)에 용접 등으로 접착하여 형성하더라도 무방하다.

(실시예 3)

상기의 실시예 1 및 2에서는 열적 압력 검출 소자의 감열 저항체막 자신의 저항 변화(혹은 전류값 변화)를 측정함으로써 압력을 계측했었지만, 본 실시예 3은 발열 저항체막의 근방에 온도 검출기를 배치하고, 압력에 의해서 발생한 발열 저항체막에 의한 온도차를 그 근방의 온도 검출기로 계측하도록 한 것이다.

이하에, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조해 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 압력 센서의 구조를 나타낸 것으로, 실시예 1, 2에 있어서의 열적 압력 검출 소자의 감열 저항체막(3) 대신에 발열 저항체로 이루어지는 막(11)을 배치하고, 그 근방 양측에 2개의 온도 검출기(12, 13)을 마련하고 있다. 여기서는 이 온도 검출기(12, 13)을 열전쌍으로 구성한 예에 대하여 설명한다. 발열 저항체(11)는 해당 발열 저항체(11)의 패드부(11a)를 통해서 정전류원(8)과 접속되고 일정 전류가 통전된다. 압력 계측으로서는 발열 저항체(11)의 온도 변화를 발열 저항체(11)의 근방에 마련된 측온 열전쌍(12, 13)의 기전력으로 계측하여, 열전쌍(12, 13) 각각의 패드부(12a, 13a)를 통해서 접속된 전압계(14)에서 계측한다.

상기 실시예 1, 2에서 나타낸 바와 같이, 예컨대 판형상 기재인 두께 약 4OO㎛의 실리콘웨이퍼(1)상에 두께 약 1㎛의 질화 실리콘막을 스퍼터법 등의 방법에 의해 형성한다. 또한, 그 위에 발열 저항체(11) 및 측온 열전쌍의 한 쪽의 도체로서, 예컨대 두께 0.7㎛의 다결정 실리콘을 CVD 법이나 스퍼터법 등에 의해 형성하고 아닐 처리를 거쳐서 사진제판법, 습식 에칭법 혹은 드라이 에칭법 등을 이용하여 패터닝한다. 이에 따라, 전류로 및 쌍을 이루는 열전쌍의 한 쪽이 형성된다. 또한, 다른 쪽 측의 열전쌍을 형성하기 위해서, 예컨대 두께 0.7㎛의 알루미늄을 스퍼터법 등에 의해 성막한다. 성막된 알루미늄은 사진 제판법, 습식 에칭법 혹은 건식 에칭법 등을 이용하여 패터닝이 행해져 해당 다결정 실리콘과 일부 접하도록 형성되고, 또한 이 접점부가 발열 저항체 근방에 배치하도록 형성한다. 또한, 발열 저항체(11), 측온 열전쌍(12, 13) 및 지지막(2)상에 두께 약 0.8㎛의 질화 실리콘막으로 이루어지는 절연성 보호막(4)이 스퍼터법등에 의해 형성된다.

상기 실시예 3에 있어서, 발열 저항체로서 다결정 실리콘을 예로서 나타냈지만, 실시예 1의 감열 저항체막의 재료와 마찬가지로 백금, Ni, Co, Mo 또는 그들의 합금이더라도 무방하다. 특히, 실시예 3에 있어서는, 발열 저항체막은 큰 저항 온도 변화 계수를 가질 필요가 없기 때문에, 예컨대 다결정 실리콘막이나 W, Al등에 통상의 LSI 프로세스에서 사용되는 도체막을 발열 저항체막으로서 이용할 수 있다. 이에 따라, 재료의 선택이 넓어져, 센서의 사양에 따라 제조가 용이하고 성능이 최적인 재료를 이용할 수 있다.

또한, 상기 실시예 중 도 5에서는 발열 저항체의 양측에 열전쌍으로 이루어지는 온도 검출기를 배치한 예를 나타내었지만, 열전쌍을 양측에 복수 마련함으로써 출력 전압을 올릴 수 있다. 또한, 열전쌍은 발열 저항체의 한 쪽에 1쌍 또는 복수로 배치되어 있더라도 무방하고, 발열 저항체의 주위 3 방향 또는 4 방향을 둘러싸도록 복수 마련되더라도 무방하다. 또한, 온도 검출기는 실시예 1과 마찬가지의 감열 저항체막이라도 무방하다. 이 경우도 감열 저항체막의 배치 장소는 발열 저항체의 근방이면 양측, 한 쪽, 주위의 어디라도 무방하다.

다른 지지막(2), 보호막(4)의 재료, 두께 등도 실시예 1과 마찬가지로 질화 실리콘막 대신에 산화 실리콘막이더라도 무방하고, 두께도 0.3∼4㎛의 범위이면 무방하다.

본 실시예의 압력 센서에 있어서는, 발열 저항체막의 재료 선택의 폭이 넓어져 성능이 최적의 재료를 이용할 수 있다. 또한, 압력 계측이 열전쌍의 기전력으로 계측할 수 있어, 간편하고 염가인 압력 센서를 얻을 수 있다. 또한, 온도 검출부의 열전쌍을 복수 마련함으로써 열전쌍의 수에 비례한 출력 전압을 얻는 수 있고 더 감도가 좋은 압력 센서를 얻을 수 있다.

(실시예 4)

이하에, 본 발명의 일실시예를 도면을 참조해 설명한다. 도 6은 압력을 받는 다이어프램의 면적에 비해 감열 저항체부의 면적이 작은 경우(a), 감열 저항체부의 면적이 큰 경우(b)와 비교하여 나타낸 것이다. 도면에 있어서, 센서의 주요부는 실시예 1의 도 1에서 설명한 것과 마찬가지이다. 본 발명에 따른 센서에서는 피계측물의 압력에 의한 다이어프램(6)의 변위에 따라 도 1중 S에 있어서의 열의 흐름이 변화하기 때문에, 감열 저항체막(3)의 온도 또는 저항, 전압, 전류가 변화하고, 그 결과, 피계측물의 압력이 검출된다. 도 6중 (b)와 같이 감열부의 크기가 다이어프램보다 크면, 다이어프램의 중심부에 대향하는 감열부는 압력에 의한 다이어프램의 변위에 따라 열이 빼앗기는데 반하여, 다이어프램의 외측에 위치하는 감열부는 변위가 없기 때문에 열의 흐름은 변화하지 않는다. 그 때문에, 다이어프램의 주변부로부터 외측으로 위치하는 감열부는 저항, 전압, 전류의 변화가 없고, 감열 저항체막 전체의 저항, 전압, 전류에 대한 그들의 변화량인 압력 감도는 저하한다. 또한 이 압력에 대한 불감부에서도 발열에 의해 전력을 소비하기 때문에 소비 전력도 커진다. 도 6중 (a)에 도시하는 바와 같이 다이어프램보다 감열 저항체부를 작게 함으로써 감도가 향상되고 소비 전력도 삭감할 수 있다. 도 7에 압력에 의한 다이어프램의 변위를 다이어프램의 직경 방향의 분포로서 나타낸다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 중심에서 최대 변위이고 주변에서 변위가 0으로 되는 매끄러운 곡선이 된다. 따라서, 다이어프램 주변부는 중심에 비해 변위량이 적다. 중심의 변위의 50%의 변위량을 나타내는 직경을 그 다이어프램의 유효 직경 re와 정의하면, 감열부는 이 다이어프램의 유효 직경 re보다 작게 함으로써 감도를 향상시켜 소비 전력을 삭감할 수 있다. 또, 도면 중 다이어프램의 직경을 r로 했다.

또한, 실제의 소자에서는 감열부의 중심과 다이어프램의 중심은 조립 정밀도분만큼 어긋나는 일이 있기 때문에, 어긋남이 있더라도 감열 저항체부가 다이어프램의 유효 직경내에서 대향하도록 설계해야 한다. 즉, 감열 저항체부는 조립 정밀도에 의한 최대 어긋남량분 이상으로 다이어프램의 유효 직경 re보다 작도록 할 필요가 있다.

도 8은, 도 6에 있어서, 감열 저항체부(3)가 발열 수단을 갖고, 그 발열 분포가 대략 원형이도록 감열 저항체부를 설계한 것을 설명하기 위한 도면으로, 도면중 (a), (b)는 다른 패턴이고 열 분포를 대략 원형으로 한 예이다. 도면에 있어서, 센서의 주요부는 실시예 1의 도 2에서 설명한 것과 마찬가지이다. 도 8과 같이 감열 저항체막(3)의 외형 형상이 원형이기 때문에, 그 저항체막을 발열시켰을 때의 온도 분포는 원형 형상으로 된다. 압력을 받는 다이어프램도 그 변위 등고선이 원형이기 때문에, 원형의 발열 온도 분포를 갖는 감열 저항체막을 이용함으로써 다이어프램의 변위를 낭비없이 신호로 변환할 수 있어, 감도가 높고 소비 전력이 적은 압력 센서를 얻을 수 있다. 또한, 도 2와 도 6에 도시한 바와 같이, 감열 저항체부가 방형인 경우에는 다이어프램 유효 직경내에 감열 저항체부가 완전히 들어가도록 조립하는 경우, 감열 저항체부의 4 코너에서 그 조립 허용도가 제한되는데 반하여, 상기 방형과 동일한 면적의 원형 감열 저항체부를 형성한 경우, 다이어프램 유효 영역과 동일한 원형이므로 조립 허용도를 보다 크게 취할 수 있어 조립이 용이하게 된다.

(실시예 5)

이하에, 본 발명의 다른 실시예를 도면을 참조해 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시예 5에 따른 압력 센서의 구조를 나타낸 것으로, 압력 센서의 주위 온도를 측정함으로써 사용 환경의 온도 변화의 보정을 가능하게 한 예를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 10은 도 9중 B-B 방향으로부터의 사시도로, 압력 센서중 압력 검출 소자의 주요부를 나타낸 것이다. 각각의 도면에 있어서, 센서의 주요부는 실시예 1의 도 1에 설명한 것과 마찬가지이고, 주위 온도 검지막(15)이 형성되어 있다. 즉, 도면에 있어서, 2는, 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)의 한쪽 면에 형성된 절연성 지지막으로, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지고, 이 위에 감열 저항체막(3)과 이 감열 저항체막(3)과는 충분히 떨어진 위치에 주위 온도 검지막(15)이 형성된다. 이 감열 저항체막 및 주위 온도 검지막중 계측부를 덮도록 보호막(4)(도 10에는 도시안됨)이 형성된다. 또, 15a는 주위 온도 검지막의 패드부(배선 취출구)를 나타낸다.

압력 계측 방법은 실시예 1에서 설명한 것과 마찬가지이지만, 본 실시예에서는 주위 온도를 측정함으로써 사용 환경 온도의 변화에 의한 영향을 제거할 수 있기 때문에, 염가이고 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

또, 상기 실시예 5에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로 감열 저항체막의 재료는 백금(Pt), Ni, Co, Mo 또는 그들의 합금에 의해서 두께 0.1∼1㎛의 범위로 형성하더라도 무방하다. 다른 지지막(2), 보호막(4)의 재료, 두께 등도 실시예 1과 마찬가지로 질화 실리콘막 대신에 산화 실리콘막이더라도 무방하고 막 두께가 0.3∼4㎛의 범위이더라도 무방하다.

(실시예 6)

이하에, 본 발명의 다른 실시예를 도면을 참조해 설명한다. 도 11은 본 발명의 실시예 6에 따른 압력 센서의 구조를 나타낸 것으로, 압력 센서의 주위 온도와 압력을 받는 다이어프램의 온도를 측정함으로써 사용 환경의 온도 변화와 다이어프램의 온도 변화의 보정을 가능하게 한 예를 설명하기 위한 도면이다. 도면에 있어서, 센서의 주요부는 실시예 1의 도 1에서 설명한 것과 마찬가지이지만, 실시예5의 도 9에서 도시된 주위 온도 검지막(15)에 덧붙여 하우징(5)과 다이어프램(6)의 온도를 측정하는 온도 검지막(25)이 형성되어 있다. 즉, 도면에 있어서, 2는, 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)의 한쪽 면에 형성된 절연성 지지막으로, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지고, 이 위에 감열 저항체막(3)과 이 감열 저항체막(3)과는 충분히 떨어진 위치에 주위 온도 검지막(15)이 형성되며, 또한 스페이서(7)의 부분에 하우징(5)과 다이어프램(6)의 온도를 측정하는 온도 검지막(25)이 형성된다. 또, 25a는 온도 검지막(25)의 패드부(배선 취출구)를 나타낸다.

압력 계측 방법은 실시예 1에서 설명한 것과 마찬가지이지만, 본 실시예에서는 주위 온도와 다이어프램의 온도를 측정함으로써 사용 환경 온도나 다이어프램의 온도의 변화에 의한 영향을 제거할 수 있기 때문에, 염가로 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

(실시예 7)

이하에, 본 발명의 다른 실시예를 도면을 참조해 설명한다. 도 12는 본 발명의 실시예 7에 따른 압력 센서의 구조를 나타낸 것으로, 압력에 의한 변화를 받지 않는 레퍼런스 출력(비교 출력)을 새롭게 마련함으로써, 노이즈 성분의 제거를 가능하게 한 예를 설명하기 위한 도면이다. 도면에 있어서, 센서의 주요부는 실시예 1의 도 1에서 설명한 것과 마찬가지이지만, 다이어프램(6)의 단부에 대향하여 제 2 감열 저항체부(26)가 형성되어 있다. 즉, 도면에 있어서, 2는, 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)의 한쪽 면에 형성된 절연성 지지막으로, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지고, 이 위에 신호 출력용 감열 저항체막(3)과 레퍼런스 출력용 제 2 감열 저항체막(26)이 형성된다. 감열 저항체막(3)은 다이어프램(6)의 중심에 대향하도록 배치되는데 반하여 제 2 감열 저항체막(26)은 다이어프램(6)중 압력에 대하여 변위하지 않는 단부의 부분에 대향하여 배치되어 있다. 또, 26a는 제 2 감열 저항체막(26)의 패드부(배선 취출구)를 나타낸다.

압력 계측 방법은 실시예 1에서 설명한 것과 마찬가지이지만, 본 실시예에 있어서는 압력 신호에 덧붙여 압력에 대해 변화하지 않는 레퍼런스 출력이 제 2 감열 저항체막(26)으로부터 얻어지기 때문에, 그들의 차를 구함으로써 동일 위상의 노이즈 성분을 제거할 수 있어 염가이고 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

이 때, 제 2 감열 저항체부(26)의 구조나 형상을 제 1 감열 저항체부(3)와 동일하게 되면, 그들의 사이의 차분 출력으로 압력에 의한 변위 신호만을 취출할 수 있게 된다. 이 때, 신호 처리 회로로서 브릿지 회로를 형성하면, 또한, 간편하고 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

상기 실시예에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로 감열 저항체막의 재료는 백금, Ni, Co, Mo 또는 그들의 합금에 의해서 두께 0.1∼1㎛의 범위로 형성하더라도 무방하다. 다른 지지막(2), 보호막(4)의 재료, 두께 등도 실시예 1과 마찬가지로 질화 실리콘막 대신에 산화 실리콘막이더라도 무방하고 두께도 0.3∼4㎛의 범위이면 된다.

도 13은 차분 출력을 얻는 회로 구성의 일례를 나타내었다. 도 13중 (a)은 도 12의 소자를 상면에서 본 개략도이다. 도 13중 (b)에 도시한 바와 같이, 제 1 감열 저항체부(3)와 제 2 감열 저항체부(26)로 브릿지 회로를 구성하기 때문에, 각각 2개의 감열 저항체(Rm1, Rm2와 Rr1, Rr2)가 형성되어 있다. 도 13중 (b)에 나타낸 브릿지 회로에 의해 차분 출력을 얻을 수 있으므로, 오프셋이나 동일 위상의 노이즈 성분를 제거할 수 있어 염가이고 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다. 도 13중 (a)에서는 Rm1, Rm2과 Rr1, Rr2가 도면에 나타낸 패턴 형상으로 동일 위치에 형성되어 있지만, 패턴 형상은 도면에 나타낸 것과 상이하더라도 무방하다. 또한, 위치에 대해서도, 예컨대 Rm1, RIn2과는 압력을 받는 다이어프램(6)의 중심에 대하여 대칭인 위치에 형성되어 있더라도 무방하고, Rr1, Rr2는 다이어프램(6)의 단부의 압력에 의한 변위가 적은 곳이면 어디에 형성되어 있더라도 무방하다. 또한, 도 13에서는 Rm1, Rm2과 Rr1, Rr2로 브릿지 회로를 형성했지만, Rm2이나 Rr2 중 어느 하나 또는 양쪽 모두가 외부 부착 저항이더라도 무방하고, 브릿지 회로내에 직렬 또는 병렬로 외부 부착 저항이 삽입되어 있더라도 무방하다. 이 경우, 외부 부착 저항에 의한 조정이 가능하게 된다고 하는 효과가 있다.

(실시예 8)

상기 실시예 1∼7에 있어서는, 압력 검지 소자부와 다이어프램을 갖는 하우징을 스페이서에 의해 소정 간격을 유지하도록 접속한 구조이지만, 본 실시예에 있어서는 이 스페이서를 실리콘 기판상에 사진 제판 기술을 이용하여 형성한 것이다. 그 때문에, 스페이서를 압력 검출 소자부의 소망하는 위치에 정밀하게 일괄 대량 형성할 수 있어 신뢰성이 높고 염가인 압력 센서를 실현할 수 있다.

압력 검출 소자의 주요부의 제조 방법은 실시예 1에서 설명한 것과 동일하지만, 표면 보호막(4)을 형성한 후에 스페이서를 형성한다. 스페이서를 폴리이미드 수지 등의 유기 절연막으로 하는 경우는, 예컨대 이하와 같이 형성된다. 우선, 표면 보호막(4)을 형성한 후에 폴리이미드 코팅제를 스핀 코팅 등의 수단으로 실리콘 기판상에 균일하게 도포한다. 다음에, 감광성 레지스트를 도포하고 사진 제판 기술에 의해 폴리이미드 수지를 소망하는 패턴으로 가공한다. 감광성 폴리이미드 코팅제를 사용하면 레지스트없이 직접 패턴이 형성되어 더 간편하게 된다. 패턴 가공후 300℃정도 베이크(bake)에 의해 소제되어 폴리이미드 수지로 된다. 이와 같이, 폴리이미드 코팅제를 이용하면 간편한 프로세스로 스페이서를 정밀하게 형성할 수 있다.

또한, 스페이서를 금속 후막으로 형성하는 경우는, 예컨대 이하와 같이 형성된다. 우선, 표면 보호막(4)을 형성한 후에 후막의 감광성 레지스트를 도포하고 사진 제판 기술에 의해 스페이서를 형성하는 부분이 개구된 패턴을 얻는다. 다음에, Au, Cu, Pb, Sn 등의 금속이나 합금 또는 그들의 적층 후막을 스퍼터나 도금으로 레지스트 개구부에 형성한 후, 레지스트막을 제거하여 금속 두께막의 스페이서로 한다. 이와 같이, 금속 후막을 이용하면 간편한 프로세스로 스페이서를 정밀하게 형성할 수 있다. 금속 후막의 경우는 폴리이미드 수지의 경우보다 공정수는 늘어나지만, 금속막을 스페이서로서 이용한다면 압력 검지 소자부와 다이어프램 사이의 열저항을 낮출 수 있기 때문에, 압력 검지 소자부와 다이어프램의 온도차를보다 적게 할 수 있어 측정 정밀도가 향상되는 장점이 있다. 또한, 소자와 패키지를 땜납 범프(bump)로 전기적으로 접합하는 경우는 소자의 출력 단자의 패드상에 스크린인쇄나 도금에 의해 땜납 범프를 형성하는데, 스페이서 형성부에도 동시에 금속 후막 스페이서로서 땜납 범프를 형성하면, 땜납 범프 형성 공정에서 스페이서가 동시에 형성할 수 있으므로 스페이서에 의한 공정의 증가도 없어진다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 압력 센서에 있어서는 통상의 웨이퍼 프로세스를 이용하여 기판상에 스페이서를 형성하기 때문에, 스페이서의 두께나 위치를 정밀하게 형성할 수 있고, 수압면인 다이어프램과 열식 압력 검출 소자의 거리를 정확히 규정할 수 있기 때문에, 간편하고 염가인 압력 센서를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 감도가 일정해져 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

(실시예 9)

상기 실시예 1∼8에 있어서는, 압력 검지 소자부와 다이어프램을 갖는 하우징을 스페이서에 의해 소정 간격을 유지하도록 접속하는 구조였지만, 본 실시예에 있어서는 다이어프램과 검지 소자부와의 간격분을 평판 형상 기재에 오목부를 설치함으로써 형성하여 구조를 더 간편하게 한 것이다.

이하에, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조해 설명한다. 도 14는 본 발명의 실시예 9에 따른 압력 센서의 구조를 나타낸 단면도이다. 도면에 있어서, 2는, 예컨대 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)는 그 일부에 오목부(17)가 형성되고, 오목부가 형성된 면에, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지는 절연성 지지막(2)이 형성된다. 기재(1)의 오목부(17)의 지지막(2)상에 검지부(계측부)가 구성되도록 감열 저항체막(3)(예컨대, 백금으로 이루어진다)가 형성되며, 또한 이 감열 저항체막(3)중 계측부를 덮도록 보호막(4)이 형성된다. 한편, 하우징(5)상에는 계측 유체의 압력을 받는 다이어프램(6)이 형성되고, 이 다이어프램(6)과 감열 저항체막(3)의 계측부가 오목부(17)의 깊이에 상당하는 소정 거리(공동부(16))를 두고 대향 배치하도록 접속된다.

다음에, 압력 검출 소자의 주요부의 제조 방법에 대하여 설명한다. 판 형상 기재인 두께 약 400㎛의 실리콘웨이퍼(1)상에 마스크 등을 형성하고 사진 제판법 등을 이용하여 에칭홀(오목부(17))를 형성한다. 예컨대, 습식 에칭법 혹은 건식 에칭법 등을 실시함으로써 평판 형상 기재(1)의 일부가 제거되어 오목부(17)가 형성된다. 이 평판 형상 기재(1) 위에 제작된 오목부상에 검지부(계측부)를 구성하도록, 예컨대 두께 약 1㎛의 질화 실리콘막을 스퍼터법 등의 방법에 의해 형성하고, 또한 그 위에, 예컨대 두께 0.2㎛의 백금등으로 이루어지는 감열 저항체막(3)을 증착법이나 스퍼터법등에 의해 형성한다. 이 백금막(3)은 아닐 처리를 거쳐서 사진 제판법, 습식 에칭법 혹은 건식 에칭법 등을 이용하여 패터닝이 실행되고, 이에 따라 전류로가 형성된다. 패터닝된, 백금막(3) 내지 질화 실리콘막(2)의 위에 보호막(4)으로서 두께 약 0.8㎛의 질화 실리콘막을 스퍼터법등에 의해 형성한다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 압력 센서에 있어서는, 열식 압력 검지 소자가 기판상에 제작된 오목부(17) 위에 형성되어 있고, 이 오목부(17)에 의한 공동부(16)를 이용하여 수압면인 다이어프램과 열식 압력 검출 소자의 거리를 정확히 규정할 수 있기 때문에, 간편하고 염가인 압력 센서를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 감도가 일정해져 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

또, 상기 실시예 9에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로 감열 저항체막의 재료는 백금에 한정되지 않고, Ni, Co, Mo 또는 그들의 합금에 의해서 두께 O.1∼1㎛의 범위에서 형성하더라도 무방하다. 다른 지지막(2), 보호막(4)의 재료, 두께 등도 실시예 1과 마찬가지로 질화 실리콘막 대신에 산화 실리콘막이더라도 무방하고 두께도 0.3∼4㎛의 범위이면 무방하다.

(실시예 10)

상기 실시예 9에서는 기재(1)에 형성된 오목부의 바닥부에 검지부(계측부)를 구성하도록 했지만, 본 실시예에 있어서는 검지부가 형성되는 기재(1)의 반대측 면으로부터 오목부(공동)을 형성하여 검지부의 열절연성을 향상시킨 것이다.

이하에, 본 발명의 일실시예를 도면을 참조해 설명한다. 도 15는 본 발명의 실시예 10에 따른 압력 센서의 구조를 나타낸 단면도이다. 도면에 있어서, 2는, 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)상에, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지는 절연성 지지막(2), 감열 저항체막(3)(예컨대, 백금으로 이루어진다)가 순차적으로 형성되며, 또한 이 감열 저항체막(3)중 계측부를 덮도록 보호막(4)이 형성된다. 한편, 하우징(5)상에는 계측 유체의 압력을 받는 다이어프램(6)이 형성되고, 이 다이어프램(6)과 감열 저항체막(3)의 계측부가 소정 거리를 두고 대향 배치하도록 스페이서(7)를 통해서 접속된다. 또한, 감열 저항체막(3)이 형성된 기재(1)의 계측부와는 반대 면으로부터 도려내듯이 공동부(19)가 형성되고, 감열 저항체막은 오목부(19)가 형성되며, 기재(1)가 도려내듯이 지지막(2)으로 이루어지는 다이어프램(20)상에 형성되게 된다.

다음에, 압력 검출 소자의 주요부의 제조 방법에 대하여 설명한다. 판 형상 기재인 두께 약 400㎛의 실리콘웨이퍼(1)상에, 예컨대 두께 약 1㎛의 질화 실리콘막을 스퍼터법 등의 방법에 의해 형성하고, 또한 그 위에, 예컨대 두께 0.2㎛의 백금등으로 이루어지는 감열 저항체막(3)을 증착법이나 스퍼터법등에 의해 형성한다. 이 백금막(3)은 아닐 처리를 거쳐서 사진 제판법, 습식 에칭법 혹은 건식 에칭법 등을 이용하여 패터닝이 실행되고, 이에 따라 전류로가 형성된다. 패터닝된, 백금막(3) 내지 질화 실리콘막(2) 위에 보호막(4)으로서 두께 약 0.8㎛의 질화 실리콘막을 스퍼터법등에 의해 형성한다.

또한, 평판 형상 기재(1)의 지지막(2)이 배치되어 있는 쪽의 표면과는 반대측 면에 보호막(18)을 형성하고 사진 제판법 등을 이용하여 소망하는 패터닝을 행하며, 예컨대 알칼리 에칭 등을 행함으로써 평판형 기재(1)의 일부가 제거되어 공동부(19)가 형성되고, 이에 따라 기재(1)가 제거된 계측부의 지지막(2)에 다이어프램(20)이 형성된다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 압력 센서에 있어서는 절연성 지지막의 다이어프램(20)의 제조 공정이 간단하며 다이어프램의 강도를 충분히 강하게 유지할 수 있으며, 또한 다이어프램상에 발열체가 형성되어 있기 때문에, 열절연성을 향상시킬 수 있으므로 저소비 전력으로 감도가 우수한 압력 센서를 얻을 수 있다.

상기 실시예에 있어서, 도 16에 도시하는 바와 같이, 실시예 7에 설명한 제 2 감열 저항체부(26)를 다이어프램의 단부에 대응하여 형성하면, 압력 신호에 덧붙여 압력에 대해 변화하지 않는 레퍼런스 출력이 제 2 감열 저항체막(26)으로부터 얻어지기 때문에, 그들의 차를 구함으로써 동일 위상의 노이즈 성분을 제거할 수 있어 염가이고 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다. 또한, 신호 처리 회로로서 실시예 7와 마찬가지로 브릿지 회로를 형성하면, 더 간편하고 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예의 경우, 제 1 감열 저항체부나 제 2 감열 저항체부는 실리콘 기판으로부터 열적으로 분리되어 있기 때문에, 그들의 온도는 압력을 받는 다이어프램(6)의 변위량과 온도로 결정된다. 따라서, 압력에 의한 변위 없는 제 2 감열 저항체부의 출력에 의해 다이어프램의 온도 변화를 계측할 수 있고 다이어프램의 온도의 변화에 의한 영향을 제거할 수 있다.

또, 상기 실시예 10에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로 감열 저항체막의 재료는 백금에 한정되지 않고, Ni, Co, Mo 또는 그들의 합금에 의해서 두께 O.1∼1㎛의 범위로 형성하더라도 무방하다. 다른 지지막(2), 보호막(4)의 재료, 두께 등도 실시예 1과 마찬가지로 질화 실리콘막 대신에 산화 실리콘막이더라도 무방하고 두께도 0.3∼4㎛의 범위이면 된다. 또한, 본 실시예의 구조에 있어서는 다이어프램을 구성하는 지지막, 저항체막, 보호막의 3층 혹은 지지막, 보호막의 2층에서 종합적으로 인장 응력이 되도록 조정되고 있다.

(실시예 11)

상기 실시예 10에서는, 검지부가 형성되는 기재(1)의 반대측 면에서 오목부(공동)을 형성하여 검지부의 열절연성을 향상시켰지만, 본 실시예 11에서는 더 열절연성을 향상시킨 구조의 예를 나타내는 것이다.

이하에, 본 발명의 일실시예를 도면을 참조해 설명한다. 도 17은 본 발명의 실시예 11에 따른 압력 센서의 구조를 나타낸 단면도, 도 18은 도 17중 C-C 방향으로부터의 사시도를 나타낸 것이다. 도면에 있어서, 2는 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)상에, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지는 절연성 지지막(2), 감열 저항체막(3)(예컨대 백금으로 이루어진다)이 순차적으로 형성되고, 또한 이 감열 저항체막(3)중 계측부를 덮도록 보호막(4)이 형성된다. 한편, 하우징(5)상에는 압력을 받는 다이어프램(6)이 형성되고, 이 다이어프램(6)과 감열 저항체막(3)의 계측부가 소정 거리를 두고 대향 배치하도록 스페이서(7)를 통해서 접속된다. 또한, 감열 저항체막(3)이 형성된 기재(1)의 계측부와는 반대의 면으로부터 도려내듯이 공동부가 형성되고, 감열 저항체막은 기재(1)가 도려내어져 지지막(2)이 구성하는 다이어프램상에 형성되게 된다. 또한, 감열 저항체막(3)의 계측부는 에칭홀(21)에 의해 주변부로부터 열절연되고, 도 17에 도시하는 바와 같이, 브릿지 중공에 지지된 브릿지 구조(22)를 이룬다.

다음에, 압력 검출 소자의 주요부의 제조 방법에 대하여 설명한다. 판 형상 기재인 막두께 약 400㎛의 실리콘웨이퍼(1)상에, 예컨대 두께 약 1㎛의 질화 실리콘막을 스퍼터법 등의 방법에 의해 형성하고, 또한 그 위에, 예컨대 두께 0.2㎛의 백금등으로 이루어지는 감열 저항체막(3)을 증착법이나 스퍼터법등에 의해 형성한다. 이 백금막(3)은 아닐 처리를 거쳐서 사진 제판법, 습식 에칭법 혹은 건식 에칭법 등을 이용하여 패터닝이 실행되고, 이에 따라 전류로가 형성된다. 패터닝된, 백금막(3) 내지 질화 실리콘막(2) 위에 보호막(4)으로서 두께 약 0.8㎛의 질화 실리콘막을 스퍼터법등에 의해 형성한다. 평판 형상 기재(1)의 지지막(2)이 배치되어 있는 측의 표면에 사진 제판법 등을 이용하여 에칭홀(21)을 형성한다.

또한, 평판 형상 기재(1)의 지지막(2)이 배치되어 있는 쪽의 표면과는 반대측 면에 보호막(18)을 형성하고, 사진 제판법 등을 이용하여 소망하는 패터닝을 행하며, 예컨대 알칼리 에칭 등을 함으로써 평판 형상 기재(1)의 일부가 제거되어 공동부가 형성되고, 그 공동부는 에칭홀(21)과 접속되어 브릿지부(22)의 주위와의 열절연이 도모된다. 또한, 이에 따라 기재(1)가 제거된 계측부는 지지막(2)으로 이루어지는 다이어프램이 형성된다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 압력 센서에 있어서는, 열절연성 지지막이 브릿지 형상으로 되어 있기 때문에, 계측부의 열절연성을 향상시킬 수 있으므로 저소비 전력으로 감도가 우수한 압력 센서를 얻을 수 있다.

또, 상기 실시예 11에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로 감열 저항체막의 재료는 백금에 한정되지 않고, Ni, Co, Mo 또는 그들의 합금에 의해서 두께 O.1∼1㎛의 범위로 형성하더라도 무방하다. 다른 지지막(2), 보호막(4)의 재료, 두께 등도 실시예 1과 마찬가지로 질화 실리콘막 대신에 산화 실리콘막이더라도 무방하고, 두께도 0.3∼4㎛의 범위이면 무방하다. 또한, 본 실시예의 구조에 있어서는, 다이어프램을 구성하는 지지막, 저항체막, 보호막의 3층 혹은 지지막, 보호막의 2층에서 종합적으로 인장 응력이 되도록 조정되어 있다.

(실시예 12)

이하에, 본 발명의 다른 실시예를 도면을 참조해 설명한다. 도 19는 본 발명의 실시예 12에 따른 압력 센서의 구조를 나타낸 것으로, 도면 중 (a)은 압력 센서의 개관 구성을 나타내는 사시도, (b)는 (a)중 D-D 방향의 단면 모식도이다. 센서의 주요부는 실시예 10의 도 15 또는 실시예 11의 도 17, 도 18에서 설명한 것과 마찬가지이지만, 도 19에 있어서는 실시예 10의 도 10의 감열 저항체부가 배치된 다이어프램 구조의 경우에 적용한 실시예에 대하여 설명한다. 도면에 있어서, 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)상에, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지는 절연성 지지막(2), 감열 저항체막(3)(예컨대 백금으로 이루어진다)이 순차적으로 형성되며, 또한 이 감열 저항체막(3)중 계측부를 덮도록 보호막(4)이 형성된다. 한편, 하우징(5)상에는 압력을 받는 다이어프램(6)이 형성되고, 이 다이어프램(6)과 감열 저항체막(3)의 계측부가 소정 거리를 두고 대향 배치하도록 스페이서(7)를 거쳐서 접속된다. 또한, 감열 저항체막(3)의 형성된 기재(1)의 계측부와는 반대 면으로부터 도래내어진 공동부(19)가 형성되고, 감열 저항체막은 오목부(19)가 형성되어, 기재(1)가 도려내여진 지지막(2)으로 이루어지는 다이어프램(20)상에 형성되게 된다. 27은 공동부(19)를 형성할 때 동시에 형성된 공동부에서 스페이서(7) 내측의 다이어프램(6)에 대향하는 부분에 형성된다. 28, 29는 각각 공동부(19, 27) 부분의 보호막(4)과 지지막(2)에 개구된 에칭홀로, 예컨대 실시예 7의 도 17의 에칭홀(21)과 동일한 방법으로 제조된다. 또한 30은 감열 저항체부가 형성된 기판을 고정하여 전극을 외부에 출력하기 위한 패키지로 접착제(31)에 의해 기재(1)와 접착되어 있다. 32는 패키지(31)의 표면에 형성된 홈으로 기재(1)의 공동부(19, 27)의 부분에 대향하는 부분으로부터 기판의 끝의 외측까지 형성되어 있다.

압력 계측 방법은 실시예 1에서 설명한 것과 마찬가지이지만, 본 실시예에서는 압력을 받는 다이어프램(6)과 감열 저항체부의 간격 S나 공동부(19, 27)내의 기체가 봉입되지 않도록 관통 구멍이나 홈을 마련한 것이다. 스페이서(7)가 환 형상으로 닫힌 형상인 경우는 간격 S 내의 기체는 봉입되어 있기 때문에, 다이어프램(6)이 변위하면 간격 S 내의 기압이 높아지게 되고 감열 저항체부의 다이어프램(20)도 변위해 버려, 정확한 압력을 가할 수 없게 된다. 온도가 급격한 변화나 외기압의 변화에 의해서도 간격 S 내의 기압이 변화하여 노이즈 신호가 발생한다. 또한 스페이서(7)가 완전히 닫히지 않은 때에도, 기체가 빠져나가 얻는 간격이 작으면 다이어프램(6)가 급격한 변위에 의해서 다이어프램(20)은 일순변위하여 노이즈 신호가 발생한다. 본 발명의 실시예에 의한 스페이서(7)의 내측의 다이어프램(6)에 대향하는 부분에 형성된 공동부(19)와 에칭홀(28)에 의해서 간격 S 내의 기체는 외부와 접하기 때문에, 간격 S 내의 기체의 압력 변동이 없어져, 이에 따라 감도가 일정해지고, 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

또한, 다이어프램(20)에 개구된 에칭홀(28)은 보다 급격한 변동에 대하여도 추종해여 도래내지지 않는 경우 등에 유리하다. 마찬가지의 이유로 검출 소자의 기재(1)의 이면을 패키지(31)로 고정하는 경우는 공동부(19, 27) 내부의 기체가 봉입되지 않도록 홈(32)이나 관통 구멍이 필요하게 된다.

(실시예 13)

이하에, 본 발명의 실시예를 상기 실시예 12에서 설명한 도 19를 이용하여 설명한다. 도 19에 있어서, 감열 저항체부(3)가 배치된 제 2 다이어프램(20)과 압력을 받는 다이어프램(6)의 대향 거리를 M1으로 하고, 감열 저항체부(3)가 배치된 제 2 다이어프램(20)과 패키지(30)의 대향하는 표면과의 거리를 M2로 했다. 감열 저항체막(3)으로 발생한 열의 흐름은, (a)절연성의 지지막(2)과 보호막(4)으로 이루어지는 제 2 다이어프램(20)을 통해 기판으로 흐르는 성분과, (b)공동부(19)내의 기체를 통해 패키지(30)의 표면으로 흐르는 성분(거리는 M2)과, (c) 간격 S 내의 기체를 통해 압력을 받는 다이어프램(6)으로 흐르는 성분(거리는 M1)으로 이루어진다. 감열 저항체부(3)의 온도는 이들의 열류의 흐름으로 결정된다. 다이어프램(6)에 압력이 인가되어 거리 M1이 좁게 되면 열의 흐름이 변화하여, 이것이 신호로 된다. 압력 감도에 기여하지 않는 상기 (a), (b)의 성분의 열류가 작을수록 소비 전력도 작아지고, 감도는 커진다. 또한, 그들의 영향에 의한 감도의 격차도 작게 할 수 있다. 거리가 길수록 열 저항이 커져 열류는 작아진다. (b), (c)의 열저항은 병렬 접속의 전기 저항과 같이 M1×M2/(M1+ M2)에 비례하기 때문에 M2＞＞M1으로 하면 (c)의 성분의 열류에 비교하여 (b)의 성분의 열류를 무시할 수 있을 정도로 작게 할 수 있어, 따라서 이 성분에 의한 소비 전력도 무시할 수 있을 정도로 작게 할 수 있다. 실제로는 M2를 M1의 5배 이상으로 하면, M2의 제조 정밀도의 영향은 거의 무시할 수 있어, 소비 전력의 증가도 용인할 수 있는 정도에 억제된다.

또, 본 실시예 13는 도 19와 같은 홈(32)을 갖는 패키지(31)를 갖는 것에 대하여 M2의 거리를 규정하여 설명했지만, 패키지가 없으면 M2는 충분히 큰 값을 갖는 것으로 되고, M2＞＞M1의 조건을 충족시키는 것은 말할 필요도 없다.

(실시예 14)

이하, 본 발명의 일실시예를 도면을 참조해 설명한다. 본 실시예의 특징은 상기 실시예에 설명한 압력 센서의 압력 검지 소자부에 보호캡을 마련한 것이다. 본 실시예에서는 실시예 1에서 설명한 압력 센서에, 예컨대 절연 재료인 나일론으로 이루어지는 보호캡을 마련한 예에 대하여 설명한다. 도 20은 본 발명의 실시예 14에 따른 압력 센서의 단면도이다. 도면에 있어서, 압력 센서의 주요부는 실시예 1과 마찬가지고, 2는, 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)의 한쪽 면에 형성된 절연성의 지지막으로, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지고, 이 위에 감열 저항체막(3)이 형성된다. 이 감열 저항체막은 발열 저항, 측온 저항, 비교 저항에 이용되는 발열부에 상당하는 것으로, 예컨대 백금으로 이루어진다. 이 감열 저항체막중 계측부를 덮도록 보호막(4)이 형성되어 있다. 한편, 하우징(5)상에는 압력을 받는 다이어프램(6)이 형성되고, 이 다이어프램(6)과 감열 저항체막(3)의 계측부가 소정 거리를 두고 대향 배치하도록 스페이서(7)를 거쳐서 접속된다. 23는 열식 압력 검출 소자 및 계측 압력을 받는 다이어프램을 기계적, 전기적으로부터 보호하기 위한 보호캡으로, 검출 소자부를 덮개, 캡의 내면이 하우징(5)의 외주에 접하도록 배치된다. 또한, 보호캡(23)에는 적어도 하나의 개구부(24)가 마련된다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 압력 센서에 있어서는, 보호캡에 적어도 하나의 개구부를 갖고 있기 때문에, 열식 압력 검출 소자 내부의 압력은 외부의 압력과 동일하게 되어 있다. 이 때문에, 주위 온도의 변화에 의한 압력 검출 소자 내부의 압력 변화가 없으므로, 열식 압력 검출 소자의 감도를 항상 일정하게 유지할 수 있어, 신뢰성이 높은 압력 센서를 얻을 수 있다.

상기 실시예 14에 있어서는, 압력 센서의 주요부의 예에 있어서, 실시예 1에서 설명한 것을 이용한 예에 대하여 설명했지만, 다른 실시예, 즉 실시예 2∼13의 압력 센서를 이용하더라도 마찬가지의 효과를 갖는다.

(실시예 15)

상기 실시예 14에 있어서는, 개구부를 갖는 보호캡을 이용한 예에 대하여 나타냈지만, 본 실시예는 개구부를 갖지 않는 대신에 보호캡의 내부의 압력을 규정하는 것이다. 이하에, 본 실시예를 도면에 관하여 설명한다. 본 실시예에서는 실시예 1로 설명한 압력 센서에 보호캡을 마련한 예에 대하여 설명한다. 도 21은 본 발명의 실시예 15에 따른 압력 센서의 단면도이다. 도면에 있어서, 압력 센서의 주요부는 실시예 1과 마찬가지고, 2는, 예컨대 실리콘웨이퍼로 이루어지는 평판 형상 기재(1)의 한쪽 면에 형성된 절연성 지지막으로, 예컨대 질화 실리콘막으로 이루어지고, 이 위에 감열 저항체막(3)이 형성된다. 이 감열 저항체막은 발열 저항, 측온 저항, 비교 저항에 이용되는 발열부에 상당하는 것으로, 예컨대 백금으로 이루어진다. 이 감열 저항체막중 계측부를 덮도록 보호막(4)이 형성되어 있다. 한편, 하우징(5)상에는 압력을 받는 다이어프램(6)이 형성되고, 이 다이어프램(6)과 감열 저항체막(3)의 계측부가 소정 거리를 두고 대향 배치하도록 스페이서(7)를 통해서 접속된다. 23은 열식 압력 검출 소자 및 계측 압력을 받는 다이어프램을 기계적, 전기적으로 보호하기 위한 보호캡으로, 검출 소자부를 덮개, 캡의 내면이 하우징(5)의 외주에 접하도록 배치된다.

또, 보호캡을 마련하는 때의 보호 캡 밀봉 내부의 압력은 대기압이나 혹은 대기압보다 높은 압력이 바람직하다. 대기압보다 높은 압력의 경우, 계측 유체로부터 다이어프램이 받는 최대 압력의 1/10보다는 낮은 압력이 되도록 조정되어 밀봉되는 것이 좋다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 압력 센서에 있어서는, 보호캡(23)에 의해 압력 검출 소자 내부가 대기압 혹은 대기압보다 높은 압력으로 밀봉되어 있기 때문에, 효율적으로 발열부로부터의 열이 계측 압력을 받는 다이어프램에 전해지기 때문에, 감도가 우수한 압력 센서를 얻을 수 있다.

상기 실시예 15에 있어서는, 압력 센서의 주요부의 예로서, 실시예 1에서 설명한 것을 이용한 예에 대하여 설명했지만, 다른 실시예, 즉 실시예 2∼13의 압력 센서를 이용해도 마찬가지의 효과를 갖는다.

(실시예 16)

상기 실시예 15에 있어서는, 보호 캡 안에 대기압 혹은 대기압보다도 높은 압력의 기체를 밀봉하여, 감도를 향상한 예에 대하여 설명했지만, 본 실시예 17은 밀봉하는 기체로서 He나 Ne 등의 공기보다 열전도가 좋은 기체를 이용한 것이다. 센서의 감도는 스페이서의 두께 M1에 크게 의존하여, M1이 좁을수록 감도는 향상한다. 그러나, 스페이서의 제어 가능한 두께는 재질이나 제작 프로세스로 거의 얇게 하는 데에는 한도가 있다. 밀봉하는 기체로서 공기의 대신에, 예컨대 He를 사용하면, He의 열전도율이 공기의 5배 이상이기 때문에 실효적으로 거리 M1을 1/5로 할 수 있게 되어 감도를 5배 이상으로 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 실시예 15와 마찬가지로 대기압 이상으로 하면, 더 감도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의한 압력 센서는, 예컨대 차량용 브레이크 유압의 검출, 엔진 제어용 연료압의 검출, 트랜스미션용 유압의 검출, 공기 조절기, 냉동기의 냉매압의 검출 등의 압력 센서에 이용된다.

Claims (16)

1. 압력을 받는 제 1 면을 갖는 다이어프램 구조와, 상기 다이어프램 구조의 제 2 면에 대향 배치된 열식 검지부를 구비한 압력 센서에 있어서,

   압력의 변화에 의한 상기 다이어프램의 변위량을 상기 열식 검지부에서 열적으로 검지하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   열식 검지부는 발열 수단을 갖고, 다이어프램의 변위량을 상기 열식 검지부의 저항값 변화량으로 계측하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
3. 제 1 항에 있어서,

   열식 검지부는 일정 온도로 발열하는 발열 수단을 갖고, 다이어프램의 변위량을 상기 열식 검지부의 전류값 변화량으로 계측하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
4. 제 1 항에 있어서,

   다이어프램에 대향 배치된 열식 검지부의 크기가 상기 다이어프램보다 적은 것을 특징으로 하는 압력 센서.
5. 제 1 항에 있어서,

   열식 검지부는 발열 수단을 갖고, 또한 상기 발열 수단에 접속되어 온도 검출부를 구비하며, 다이어프램의 변위량을 상기 온도 검출부의 온도 변위량으로 계측하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
6. 제 1 항에 있어서,

   주변 온도를 계측하여 보상하는 온도 보상 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
7. 제 6 항에 있어서,

   다이어프램의 온도를 계측하여 보상하는 제 2 온도 보상 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
8. 제 1 항에 있어서,

   다이어프램의 제 2 면의 단부에 대향하여 배치된 제 2 열식 검지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
9. 제 8 항에 있어서,

   제 1 열식 검지부와 제 2 열식 검지부로서 브릿지 회로를 구성하는 것으로 특징으로 하는 압력 센서.
10. 제 1 항에 있어서,

    열식 검지부는 기판의 오목부에 마련되고, 상기 기판의 오목부에 의해 다이어프램과 상기 열식 검지부가 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
11. 제 1 항에 있어서,

    열식 검지부와 다이어프램 사이의 대향 거리를 규정하는 스페이서를 상기 열식 검지부가 형성된 기판상에 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
12. 제 1 항에 있어서,

    실리콘 기판의 제 1 면에 적어도 그 일부가 지지된 제 1 다이어프램 구조를 형성하고, 상기 제 2 다이어프램 상에 열식 검지부가 배설되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
13. 제 12 항에 있어서,

    제 1 다이어프램 구조가 실리콘 기판에 대해 브릿지 구조를 구성하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
14. 제 13 항에 있어서,

    실리콘 기판의 제 2 면측에 공극을 갖고, 제 2 다이어프램의 법선 방향의 공극의 길이가 상기 제 2 다이어프램과 압력을 받는 다이어프램의 거리보다 큰 것을 특징으로 하는 압력 센서.
15. 제 1 항에 있어서,

    열식 검지부를 덮는 보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
16. 제 15 항에 있어서,

    보호부 내부의 압력을 대기압 혹은 대기압보다 높게하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.