NL8500464A - Capacitieve detector voor absolute druk. - Google Patents

Description

t -------~ — w / ^

Capacitieve detector voor absolute druk.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een capacitieve detector voor absolute druk volgens de kop van conclusie 1.

Bij een capacitieve drukdetector veroorzaakt het druk-5 verschil een doorbuiging van een elastisch membraan en verandert de afstand van een condensatorplaat, die aan het membraan is bevestigd, tot een stationaire condensatorplaat, die aan het frame van de inrichting is bevestigd of tot een beweegbare plaat, die aan een tweede membraan is bevestigd. De 10 beweging kan op de platen worden overgebracht, zodanig dat een toename van de druk de platen verder van elkaar verwijdert of zodanig dat een toename de platen dichter bij elkaar brengt.

Indien de afstand, waarover de plaat beweegt, even-15 redig is met de druk, is de gevoeligheid voor de druk van de capaciteit van de detector groter bij een druk, waarbij de platen dichter bij elkaar liggen dan bij een druk, waarbij de platen verder van elkaar af liggen. Van deze omstandigheid is bij drukdetectors, die over een groot drukbereik 20 werken, gebruik gemaakt door de detector zodanig uit te voeren, dat de platen het dichtst bij elkaar liggen bij een lage druk en verder van elkaar af komen te liggen bij toenemende druk.

De fig. 1 en 2 tonen bekende uitvoeringen van een 25 dergelijke drukdetector-constructie. Volgens fig. 1 zijn de condensatorplaten aan de buitenzijde van de aneroïde-cap-sule en in fig. 2 binnen de capsule geplaatst.

Met betrekking tot de stand van de techniek wordt gewezen op de volgende publicaties:

30 (1) K.-E. Bean, "Anisotropic Etching of Silicon", IEEE

Transactions on Electron Devices, Vol. ED-25 (1978)

No. 10, biz. 1185-93.

(2) Amerikaans octrooischrift 4.386.453 (3) Amerikaans octrooischrift 4.257.274 35 (4) Amerikaans octrooischrift 4.332.0(Γθ (5) Amerikaans octrooischrift 4.390.925 (6) Amerikaans octrooischrift 3.397.278.

BAD ORIGINALZoals bekend, kunnen geminiaturiseerde capacitieve 8500464 - 2 - drukdetectors ook worden vervaardigd uit silicium en glas door gebruik te maken van micro-fotolithografie en etsmethoden (zie publicatie (1) ). In publicatie (2) wordt een detector voor absolute druk beschreven., waarbij de condensatorplaten 5 binnen de aneroïde-capsulen zijn geplaatst en elkaar naderen, wanneer de druk toeneemt.

De uitvinding beoogt een detector voor absolute druk te verschaffen, die, vervaardigd door middel van de fabricagetechnieken beschreven in de publicaties (1) tót (6), werkt 0 op de wijze van de constructies volgens de fig. 1 en 2.

Volgens de uitvinding kan een dergelijke voordelige constructie worden verkregen door middel van een detector, welke als volgt is vervaardigd: - de detector is voorzien van twee glasplaten en van 15 een hiertussen geplaatste siliciumplaat, - de silicium en glasplaten zijn zodanig bewerkt, dat op de ene zijde van de siliciumplaat een aneroïde-capsule is gevormd en op de andere zijde een van lucht geïsoleerde condensator, 20 : - één van de glasplaten een stationaire condensator- plaat draagt, - de andere glasplaat de aneroïde-capsule afsluit, en - de siliciumplaat is voorzien van een dunner gebied, 25 dat doorbuigt onder invloed van de druk en waarmede de beweegbare condensatorplaat is verbonden.

Meer in het bijzonder wordt opgemerkt, dat een detector volgens de uitvinding voldoet aan het kenmerk van conclusie 1 .· 30 De capacitieve detector volgens de uitvinding heeft belangrijke voordelen. Ten opzichte van de constructie volgens publicatie (2) heeft de detector volgens de uitvinding een grotere gevoeligheid bij lage drukken, is het volume van de aneroïde-capsule groter (de afstand tussen de conden-35 satorplaten bedraagt normaal ongeveer 1/100 van de diepte van de kom), en er behoeven geen geleiders uit de vacuum-capsule te worden gevoerd.

Ten opzichte van de conventionele constructies volgens BAD^SRfcttWAU en 2 heeft de detector volgens de uitvinding een ge-40 ringe afmeting, stabielere materialen, een snelle responsie, - . - 3 - kleine inwendige temperatuurverschillen en is geschikt voor massaproduktie.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin enkele uitvoeringsvoorbeel-5 den in de fig. 3-5 zijn weergegeven.

Fig. 3a is een doorsnede van een detector volgens de uitvinding.

Fig. 3b is een doorsnede van de detector uit fig. 3a volgens het vlak A-A.

10 Fig» 4 . is een doorsnede van een tweede detector vol gens de uitvinding.

Fig. 5 is een doorsnede van een derde detector volgens de uitvinding.

Wanneer een detector voor absolute druk met een groot 15 drukbereik moet worden vervaardigd, moet de beweging van de platen tegengesteld zijn aan die, welke beschreven is in de publicatie (2). De fig. 3a en 3b tonen een dergelijke constructie voor een drukdetector. De detector is voorzien van een glasplaat 1, een siliciumplaat 2 en een glasplaat 3.

20 De onderdelen zijn met elkaar verbonden, bijvoorbeeld door middel van de werkwijze beschreven in publicatie (6). Aan de ene zijde is een kom 4 door etsen aangebracht in de siliciumplaat 2, welke kom in vacuum is afgedekt door een glas-· plaat 1 en hermetisch is afgesloten. De door middel van de 25 glasplaat 1 afgesloten kom 4 vormt de aneroïde-capsule van de drukdetector.

De andere zijde van de siliciumplaat 2 is eveneens bewerkt, zodat een membraandeel 5 met een dikker middengedeelte 6 is gevormd. Het membraandeel 5 is gevoelig voor druk, 30 terwijl het middengedeelte 6 als de beweegbare condensator-plaat fungeert.

Op de glasplaat 3 is een stationaire condensatorplaat .

7 aangebracht, die is gevormd door een dunne metaalfilm op de glasplaat neer te slaan en deze film een patroon te ver-35 lenen. Het gebied 7 is galvanisch verbonden met de aansluit-klem 10 door een geleider 12. De andere aansluitklem 11 staat in verbinding met de siliciumplaat 2. De geleider 12 loopt door een kanaal 9, dat in de siliciumplaat 2 is gevormd, via wei-k kanaal de te meten druk - kan inwerken op het membraan BAD ORKSINAUrebieden 10, 11 en 12 zijn op dezelfde wijze vervaar- a k η n /. c κ - 4 - digd als het gebied 7.

De capaciteit, die gevoelig is voor druk, wordt gevormd tussen het middengedeelte 6 en de plaat 7 over de lucht-spleet 8. De capaciteit kan elektrisch worden gemeten tussen 5 de klemmen 10 en 11 of tussen de hiermede verbonden geleiders.

Geschikte afmetingen van de detector zijn 4 mm x 6 mm x 2,5 mm. De dikte van het membraan 5 bedraagt 10 - 100 /im.

De breedte van de luchtspleet bedraagt 1 - 10 /um. Het opper-10 vlak van de condensatorplaten 6 en 7 bedraagt 1 - 10 mm2.

Bij de alternatieve uitvoeringen volgens de fig. 4 en 5 komen de verwijzingscijfers overeen met de in de fig. 3a en 3b gebruikte verwijzingscijfers.

Bij de constructie volgens fig. 4 is het stijve midden-15 gedeelte 6 weggelaten, waardoor het uniforme membraandeel 5 als condensatorplaat werkt.

Pig. 5 toont een wijziging, van de constructie volgens de fig. 3a en 3b, waarbij de kom 4 van de aneroïde-capsule en de luchtspleet 8 zijn gevormd in de glasplaten 1 en 3 in 20 plaats van in de siliciumplaat 2.

De uitvinding is niet beperkt tot de in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeelden, die binnen het kader der *' uitvinding op verschillende manieren kunnen wordén gevarieerd. Het is bijvoorbeeld mogelijk de kom 4 in de glasplaat 1 25 te vormen en de luchtspleet 8 in de siliciumplaat 2 of de kom 4 in de siliciumplaat 2 en de luchtspleet in de glasplaat 3.

BAD ORIGINAL

Claims (5)

1. 2. Detector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste (3) en de tweede plaatstructuur (1) bestaan uit glasplaten. .20 3. Detector volgens conclusie 1 q'f 2, met het kenmerk, dat in het membraanvormige middengedeelte (5, 6) een stijf centraal gebied (6) ligt (fig. 3a en 5). . 4. Détéctor volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het membraanvormige middengedeelte 25 (5, 6) een althans nagenoeg uniforme dikte bezit (fig. 4).
2. 5. Detector volgens één der voorgaande conclusies; met het kenmerk, dat de komruimte (4) van de aneroïde-capsule althans gedeeltelijk is gevormd in het oppervlak van de siliciumplaat (2), welke naar de tweede 30 plaatstructuur (1) is gekeerd (fig. 3a en 4).
3. 6. Detector volgens één der conclusies 1-4, met het 'kenmerk, dat de komruimte (4) van de aneroïde-capsule althans gedeeltelijk is gevormd in het oppervlak van de tweede plaatstructuur (1), dat naar de 35 siliciumplaat (2) is gekeerd (fig. 5).
4. 7. Detector volgens één der voorgaande conclu-BAD ©RIGINAk et het kenmerk, dat de luchtspleet (8) ή*; η n l fi k - 6 - tussen de elektroden (12 en 6) althans gedeeltelijk is gevormd in het oppervlak van de siliciumplaat (2), dat naai de eerste plaatstructuur (3) is gekeerd (fig. 3a en 4).
5. 8. Detector volgens één der conclusies 1-6, 5 met het kenmerk, dat de luchtspleet (8) tussen de elektroden (12 en 6) althans gedeeltelijk is gevormd in het oppervlak van de eerste plaatstructuur (3), dat naar de siliciumplaat (2) is gekeerd (fig. 5}. / ' BAD ORIGINAL