JP2000292292A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents
静電容量型圧力センサInfo
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- JP2000292292A JP2000292292A JP11099785A JP9978599A JP2000292292A JP 2000292292 A JP2000292292 A JP 2000292292A JP 11099785 A JP11099785 A JP 11099785A JP 9978599 A JP9978599 A JP 9978599A JP 2000292292 A JP2000292292 A JP 2000292292A
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- Japan
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- pressure
- fixed electrode
- pressure sensor
- electrode
- capacitance type
- Prior art date
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W70/00—Package substrates; Interposers; Redistribution layers [RDL]
- H10W70/60—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers
- H10W70/67—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers characterised by their insulating layers or insulating parts
- H10W70/68—Shapes or dispositions thereof
- H10W70/681—Shapes or dispositions thereof comprising holes not having chips therein, e.g. for outgassing, underfilling or bond wire passage
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 直線性の優れた静電容量型圧力センサを提供
すること。 【解決手段】 可動電極として機能するダイヤフラム部
３が形成されたシリコン基板１と固定電極５及び６が形
成されたガラス基板２とがギャップを介して互いに対向
するように接合された構造を有する静電容量型圧力セン
サにおいて、前記固定電極５の上に絶縁膜１５を介して
サーボ用固定電極１７を形成し、さらに前記サーボ用固
定電極１７を覆うように絶縁膜１８を形成し、サーボ制
御ができる構造にすることによって達成できる。
すること。 【解決手段】 可動電極として機能するダイヤフラム部
３が形成されたシリコン基板１と固定電極５及び６が形
成されたガラス基板２とがギャップを介して互いに対向
するように接合された構造を有する静電容量型圧力セン
サにおいて、前記固定電極５の上に絶縁膜１５を介して
サーボ用固定電極１７を形成し、さらに前記サーボ用固
定電極１７を覆うように絶縁膜１８を形成し、サーボ制
御ができる構造にすることによって達成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型圧力セ
ンサに関し、特に、ゲージ圧測定用静電容量型圧力セン
サに関する。
ンサに関し、特に、ゲージ圧測定用静電容量型圧力セン
サに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のゲージ圧測定用の静電容量型圧力
センサを図３を用いて説明する。一般に、静電容量型圧
力センサは、シリコン基板１とガラス基板２を張り合わ
せた構造を有し、圧力を検出する感圧部７と圧力の影響
を受けない基準圧部８とから構成されている。
センサを図３を用いて説明する。一般に、静電容量型圧
力センサは、シリコン基板１とガラス基板２を張り合わ
せた構造を有し、圧力を検出する感圧部７と圧力の影響
を受けない基準圧部８とから構成されている。
【０００３】シリコン基板１には、圧力に応じて変形す
るダイヤフラム部（可動電極）３とキャビティ部４が形
成され、キャビティ部４に面したシリコン基板１には、
ボロン等の不純物を拡散した共通電極１０が形成されて
いる。ガラス基板２には、固定電極５及び６と大気導入
用貫通孔１４が形成されている。シリコン基板１の共通
電極１０とガラス基板２の固定電極５及び６とは、対向
するように陽極接合され、センサチップを構成する。
るダイヤフラム部（可動電極）３とキャビティ部４が形
成され、キャビティ部４に面したシリコン基板１には、
ボロン等の不純物を拡散した共通電極１０が形成されて
いる。ガラス基板２には、固定電極５及び６と大気導入
用貫通孔１４が形成されている。シリコン基板１の共通
電極１０とガラス基板２の固定電極５及び６とは、対向
するように陽極接合され、センサチップを構成する。
【０００４】センサチップは、ガラス基板２を台座９に
接着し、固定電極５及び６と共通電極１０は、それぞれ
リード線（図示せず）を介して、台座９のそれぞれのリ
ード端子２０に電気的に接続されている。
接着し、固定電極５及び６と共通電極１０は、それぞれ
リード線（図示せず）を介して、台座９のそれぞれのリ
ード端子２０に電気的に接続されている。
【０００５】また、ガラス基板２及び台座９には、大気
圧導入用貫通孔１４及び１１が形成されており、これら
２つの貫通孔は連通している。
圧導入用貫通孔１４及び１１が形成されており、これら
２つの貫通孔は連通している。
【０００６】台座９と圧力測定孔１２を設けたキャップ
１３とは、超音波溶接等によって、シールされている。
１３とは、超音波溶接等によって、シールされている。
【０００７】前記のような構造の静電容量型圧力センサ
において、圧力測定孔１２を通して圧力がダイヤフラム
部３に加わると、圧力に応じて、ダイヤフラムが変形
し、可動電極３と固定電極５とのギャップが狭くなり、
感圧部７の静電容量は大きくなる。一方、共通電極１０
と固定電極６で構成された基準圧部８は、圧力に関係な
く静電容量が一定である。
において、圧力測定孔１２を通して圧力がダイヤフラム
部３に加わると、圧力に応じて、ダイヤフラムが変形
し、可動電極３と固定電極５とのギャップが狭くなり、
感圧部７の静電容量は大きくなる。一方、共通電極１０
と固定電極６で構成された基準圧部８は、圧力に関係な
く静電容量が一定である。
【０００８】圧力は、感圧部７と基準圧部８の静電容量
を差動あるいは容量比で検出する。
を差動あるいは容量比で検出する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】静電容量型圧力センサ
は、前記のように、圧力に応じてダイヤフラムが変形し
可動電極と固定電極間のギャップの変化を静電容量の変
化として電気信号に変換し圧力を検出している。両電極
間が圧力に応じて平行に変形するのであれば、理想的で
あるが、実際は、圧力によりダイヤフラムが凹型に反
り、圧力と静電容量との直線的な関係がずれて正確な測
定ができないという欠点があった。
は、前記のように、圧力に応じてダイヤフラムが変形し
可動電極と固定電極間のギャップの変化を静電容量の変
化として電気信号に変換し圧力を検出している。両電極
間が圧力に応じて平行に変形するのであれば、理想的で
あるが、実際は、圧力によりダイヤフラムが凹型に反
り、圧力と静電容量との直線的な関係がずれて正確な測
定ができないという欠点があった。
【００１０】本発明の目的は、ダイヤフラム部の変形に
よって生ずる誤差を解決し、直線性の優れた静電容量型
圧力センサを提供することである。
よって生ずる誤差を解決し、直線性の優れた静電容量型
圧力センサを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、可動電
極として機能するダイヤフラム部が形成されたシリコン
基板と固定電極が形成されたガラス基板とがギャップを
介して互いに対向するように接合されてキャビティ部を
形成し、前記可動電極と前記固定電極間の容量変化によ
って圧力を検出する静電容量型圧力センサにおいて、前
記固定電極上に絶縁膜を介してサーボ用固定電極を形成
し、さらに前記サーボ用固定電極を覆うように絶縁膜を
形成することによって、サーボ制御ができる構造の静電
容量型圧力センサが得られる。
極として機能するダイヤフラム部が形成されたシリコン
基板と固定電極が形成されたガラス基板とがギャップを
介して互いに対向するように接合されてキャビティ部を
形成し、前記可動電極と前記固定電極間の容量変化によ
って圧力を検出する静電容量型圧力センサにおいて、前
記固定電極上に絶縁膜を介してサーボ用固定電極を形成
し、さらに前記サーボ用固定電極を覆うように絶縁膜を
形成することによって、サーボ制御ができる構造の静電
容量型圧力センサが得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係わる静電容量
型圧力センサの実施の形態を図１及び図２によって説明
する。
型圧力センサの実施の形態を図１及び図２によって説明
する。
【００１３】図１は、本発明による静電容量型圧力セン
サの構造を示す断面図である。図１において、シリコン
基板１には、圧力により変形するダイヤフラム部（可動
電極）３及びキャビティ部４が形成されている。
サの構造を示す断面図である。図１において、シリコン
基板１には、圧力により変形するダイヤフラム部（可動
電極）３及びキャビティ部４が形成されている。
【００１４】その製造方法は、シリコンウエーハを所定
の寸法形状にエッチングしキャビティ部４を形成する。
の寸法形状にエッチングしキャビティ部４を形成する。
【００１５】次に、キャビティ側からダイヤフラムの厚
さ分だけ深く高濃度ボロンを拡散する。これは、苛性カ
リやヒドラジン等を用いたシリコンの異方性エッチング
を行う場合に、エッチング速度が高濃度に不純物が拡散
された層で急激に落ちることを利用した高濃度ボロンエ
ッチストップ技術を用いるためのものである。この高濃
度ボロンが拡散された層は、共通電極１０となる。
さ分だけ深く高濃度ボロンを拡散する。これは、苛性カ
リやヒドラジン等を用いたシリコンの異方性エッチング
を行う場合に、エッチング速度が高濃度に不純物が拡散
された層で急激に落ちることを利用した高濃度ボロンエ
ッチストップ技術を用いるためのものである。この高濃
度ボロンが拡散された層は、共通電極１０となる。
【００１６】ガラス基板２には、固定電極５及び６が形
成され、その上に電極を覆うように、絶縁膜１５及び１
６が形成される。
成され、その上に電極を覆うように、絶縁膜１５及び１
６が形成される。
【００１７】さらに、固定電極５の位置に絶縁膜１５を
介してサーボ用固定電極１７を形成し、その上に絶縁膜
１８を形成する。
介してサーボ用固定電極１７を形成し、その上に絶縁膜
１８を形成する。
【００１８】ここで、固定電極は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等
の金属であり、絶縁膜は酸化膜（ＳｉＯ２）や窒化膜
（Ｓｉ３Ｏ４）等であって、スパッタ等により成膜し、
所定の形状にパターニングされる。
の金属であり、絶縁膜は酸化膜（ＳｉＯ２）や窒化膜
（Ｓｉ３Ｏ４）等であって、スパッタ等により成膜し、
所定の形状にパターニングされる。
【００１９】このように、シリコン基板１及びガラス基
板２によって構成されたセンサチップのシリコン基板１
側を台座９上に接着する。可動電極３と固定電極５及び
６とサーボ用固定電極１７は、台座９に配置された各々
のリード端子２０にリード線（図示せず）によって電気
的に接続される。
板２によって構成されたセンサチップのシリコン基板１
側を台座９上に接着する。可動電極３と固定電極５及び
６とサーボ用固定電極１７は、台座９に配置された各々
のリード端子２０にリード線（図示せず）によって電気
的に接続される。
【００２０】台座９の大気導入用貫通孔１１は、シリコ
ン基板１のダイヤフラム部３に対して開いている。ま
た、台座９は圧力測定孔１２を設けたキャップ１３と超
音波溶接によってシールされている。
ン基板１のダイヤフラム部３に対して開いている。ま
た、台座９は圧力測定孔１２を設けたキャップ１３と超
音波溶接によってシールされている。
【００２１】本発明による静電容量型圧力センサでは、
圧力がキャップ１３とガラス基板２の圧力測定孔１２，
１９を通り、ダイヤフラム部３に伝達されると、ダイヤ
フラム部３は、可動電極３と固定電極５間のギャップが
広がるように変形する。
圧力がキャップ１３とガラス基板２の圧力測定孔１２，
１９を通り、ダイヤフラム部３に伝達されると、ダイヤ
フラム部３は、可動電極３と固定電極５間のギャップが
広がるように変形する。
【００２２】図２に示す圧力検出回路は、ダイヤフラム
部３の変形を打ち消すように作用する。つまり、サーボ
用固定電極１７に電圧が印加され、固定電極５の上に形
成されたサーボ用固定電極１７と可動電極３間のギャッ
プの広がりがキャンセルされるように静電引力が働く。
このときのキャンセル電圧を検出することによって、圧
力を検出することができる。
部３の変形を打ち消すように作用する。つまり、サーボ
用固定電極１７に電圧が印加され、固定電極５の上に形
成されたサーボ用固定電極１７と可動電極３間のギャッ
プの広がりがキャンセルされるように静電引力が働く。
このときのキャンセル電圧を検出することによって、圧
力を検出することができる。
【００２３】図２の圧力検出回路のブロック図について
説明する。検出回路２１は、一般に、スイッチドキャパ
シタ回路等が用いられる。感圧部７の固定電極５と基準
圧部８の固定電極６及びダイヤフラム部３の共通電極１
０が接続され、感圧部７と基準圧部８の静電容量の差ま
たは比にて電圧に変換されて検出される。
説明する。検出回路２１は、一般に、スイッチドキャパ
シタ回路等が用いられる。感圧部７の固定電極５と基準
圧部８の固定電極６及びダイヤフラム部３の共通電極１
０が接続され、感圧部７と基準圧部８の静電容量の差ま
たは比にて電圧に変換されて検出される。
【００２４】次に、サンプルホールド回路２２により、
検出回路２１の出力を直流電圧に換算する。さらに、増
幅器２３によって所望の利得を持たせる。ルート回路２
４では、増幅器２３の出力をルート変換して、サーボ用
固定電極１７に印加する。
検出回路２１の出力を直流電圧に換算する。さらに、増
幅器２３によって所望の利得を持たせる。ルート回路２
４では、増幅器２３の出力をルート変換して、サーボ用
固定電極１７に印加する。
【００２５】サーボ用固定電極１７とダイヤフラム部３
には、Ｆ１／２の静電引力が働き、ダイヤフラムの変形
がキャンセルされると一定になる。この時のルート回路
２４の出力Ｖは、静電引力Ｆ１／２と比例関係があるた
めに、印加された圧力に比例した出力電圧となり、直線
性の優れた静電容量型圧力センサを得ることができる。
には、Ｆ１／２の静電引力が働き、ダイヤフラムの変形
がキャンセルされると一定になる。この時のルート回路
２４の出力Ｖは、静電引力Ｆ１／２と比例関係があるた
めに、印加された圧力に比例した出力電圧となり、直線
性の優れた静電容量型圧力センサを得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】以上、本発明によれば、サーボ用固定電
極を形成し、サーボ制御をできる構造にすることによっ
て、圧力によるダイヤフラムの変形を打ち消す電圧を印
加することができ、この印加電圧から圧力を検出する方
式のために、直線性の優れた静電容量型圧力センサを得
ることができる。
極を形成し、サーボ制御をできる構造にすることによっ
て、圧力によるダイヤフラムの変形を打ち消す電圧を印
加することができ、この印加電圧から圧力を検出する方
式のために、直線性の優れた静電容量型圧力センサを得
ることができる。
【図１】本発明の静電容量型圧力センサの構造断面図。
【図２】本発明の圧力検出回路におブロック図。
【図３】従来の静電容量型圧力センサの構造断面図。
１ シリコン基板 ２ ガラス基板 ３ ダイヤフラム部（可動電極） ４ キャビティ部 ５，６ 固定電極 ７ 感圧部 ８ 基準圧部 ９ 台座 １０ 共通電極 １１，１４ 大気導入用貫通孔 １２，１９ 圧力測定孔 １３ キャップ １５，１６，１８ 絶縁膜 １７ サーボ用固定電極 ２０ リード端子 ２１ 検出回路 ２２ サンプルホールド回路 ２３ 増幅器 ２４ ルート回路
Claims (1)
- 【請求項１】 可動電極として機能するダイヤフラム部
が形成されたシリコン基板と固定電極が形成されたガラ
ス基板とがギャップを介して互いに対向するように接合
されてキャビティ部を形成し、前記可動電極と前記固定
電極間の容量変化によって圧力を検出する静電容量型圧
力センサにおいて、前記固定電極上に絶縁膜を介してサ
ーボ用固定電極を形成し、さらに前記サーボ用固定電極
を覆うように絶縁膜を形成したことを特徴とする静電容
量型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11099785A JP2000292292A (ja) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | 静電容量型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11099785A JP2000292292A (ja) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | 静電容量型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000292292A true JP2000292292A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14256600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11099785A Pending JP2000292292A (ja) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | 静電容量型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000292292A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013235002A (ja) * | 2012-05-10 | 2013-11-21 | Rosemount Aerospace Inc | センサのための分離モードコンデンサ |
-
1999
- 1999-04-07 JP JP11099785A patent/JP2000292292A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013235002A (ja) * | 2012-05-10 | 2013-11-21 | Rosemount Aerospace Inc | センサのための分離モードコンデンサ |
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