JPH03158731A - 半導体容量式圧力変換器 - Google Patents
半導体容量式圧力変換器Info
- Publication number
- JPH03158731A JPH03158731A JP29733189A JP29733189A JPH03158731A JP H03158731 A JPH03158731 A JP H03158731A JP 29733189 A JP29733189 A JP 29733189A JP 29733189 A JP29733189 A JP 29733189A JP H03158731 A JPH03158731 A JP H03158731A
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- Japan
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- electrode
- substrate
- diaphragm
- semiconductor
- pressure
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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〕
本発明は、容量式圧力変換器に係り、特に検出部である
凹形のダイヤフラム部が形成され、可動電極を有する半
導体基板と、可動電極に対向する固定電極を有する基板
の構造に関する。
凹形のダイヤフラム部が形成され、可動電極を有する半
導体基板と、可動電極に対向する固定電極を有する基板
の構造に関する。
従来の容量式圧力変換器の構造は、特開昭６２−５９８
２８号、 ５ｇ−１６０８３２号に記載のように、シリ
コン単結晶のダイヤフラム面上に電極が形成されており
２圧力がダイヤフラム部に印加された時、電極は円弧状
に変形していた。
２８号、 ５ｇ−１６０８３２号に記載のように、シリ
コン単結晶のダイヤフラム面上に電極が形成されており
２圧力がダイヤフラム部に印加された時、電極は円弧状
に変形していた。
上記従来技術は、半導体基板上に形成されたダイヤフラ
ム部の厚みと、ダイヤフラム部上に形成された可動電極
部の厚み（可動電極部の厚み＝可動電極の厚み＋ダイヤ
フラム部の厚み）がほぼ同一であったため、圧力が印加
された場合、ダイヤフラム部（可動電極部）は、扇の弧
の様な形状を描き、可動電極部とダイヤフラム部のギャ
ップは、各々の電極部の各点において不均一となる。こ
の不均一性は印加圧力が大きくなればなるほど顕著とな
り、直線性や測定精度の悪化をもたらす、又、精度を上
げるために、画電極部の面積を拡げると、逆に圧力印加
時のダイヤフラム部の円弧形状が大きくなり精度向上に
必ずしもつながらない矛盾が生じる。
ム部の厚みと、ダイヤフラム部上に形成された可動電極
部の厚み（可動電極部の厚み＝可動電極の厚み＋ダイヤ
フラム部の厚み）がほぼ同一であったため、圧力が印加
された場合、ダイヤフラム部（可動電極部）は、扇の弧
の様な形状を描き、可動電極部とダイヤフラム部のギャ
ップは、各々の電極部の各点において不均一となる。こ
の不均一性は印加圧力が大きくなればなるほど顕著とな
り、直線性や測定精度の悪化をもたらす、又、精度を上
げるために、画電極部の面積を拡げると、逆に圧力印加
時のダイヤフラム部の円弧形状が大きくなり精度向上に
必ずしもつながらない矛盾が生じる。
よって本発明の目的は、圧力印加時のダイヤフラムの変
位、変形を円弧状ではなく、垂直平行移動させて、直線
性、精度向上を計ることにある。
位、変形を円弧状ではなく、垂直平行移動させて、直線
性、精度向上を計ることにある。
上記目的を達成するために、半導体基板と、半導体基板
の上面に形成された可動電極と、可動電極の周辺にマイ
クロマシニングで形成された厚さ２５μｍ前後のダイヤ
フラム部と、半導体基板に平行で可動電極とのギャップ
が数μｍ、かつ、可動電極と同一面積の固定電極を有す
るガラス基板が陽極接合で溶着され、半導体基板のダイ
ヤフラム部が形成され、可動電極が圧力に比例して垂直
に変位する可動電極で構成されたものである。
の上面に形成された可動電極と、可動電極の周辺にマイ
クロマシニングで形成された厚さ２５μｍ前後のダイヤ
フラム部と、半導体基板に平行で可動電極とのギャップ
が数μｍ、かつ、可動電極と同一面積の固定電極を有す
るガラス基板が陽極接合で溶着され、半導体基板のダイ
ヤフラム部が形成され、可動電極が圧力に比例して垂直
に変位する可動電極で構成されたものである。
このように構成された半導体容量式圧力変換器は、ダイ
ヤフラム部で構成されており、印加圧力に対するダイヤ
フラム部の変位が、起こり、ダイヤフラム部で囲まれた
可動電極部は、印加圧力に対して垂直平行移動する。こ
のため、可動電極面中の各点は、対向する固定電極面中
の各点と常に均一のギャップを保っており、従来の移動
電極面が、印加圧力に対して円弧状に変形するのと違い
。
ヤフラム部で構成されており、印加圧力に対するダイヤ
フラム部の変位が、起こり、ダイヤフラム部で囲まれた
可動電極部は、印加圧力に対して垂直平行移動する。こ
のため、可動電極面中の各点は、対向する固定電極面中
の各点と常に均一のギャップを保っており、従来の移動
電極面が、印加圧力に対して円弧状に変形するのと違い
。
圧力に比例した容量変化を得ることができるため、直線
性及び精度の高い圧力変換器が得られる。
性及び精度の高い圧力変換器が得られる。
又、可動電極が垂直に平行移動するため、可動電極と固
定電極のギャップを数μｍにできる。従って、出力感度
を高く取れるという利点もある。
定電極のギャップを数μｍにできる。従って、出力感度
を高く取れるという利点もある。
ダイヤフラム部の幅を狭くすることにより、圧力による
可動電極の変位量を小さくすることも可能である。
可動電極の変位量を小さくすることも可能である。
以下、本発明の実施例を用いて説明する。
第１図（ａ）は、本発明による半導体容量式圧力変換器
の一実施例を示す構成図である。第１図（ｂ）は平面図
、第１図（ａ）は第１図（ｂ） Ｘ−Ｙにおける断面図
である。第１図（ｃ）は、その動作形態を示す。
の一実施例を示す構成図である。第１図（ｂ）は平面図
、第１図（ａ）は第１図（ｂ） Ｘ−Ｙにおける断面図
である。第１図（ｃ）は、その動作形態を示す。
第１図（ａ）において、シリコン単結晶からなる半導体
シリコン基板４があり、半導体シリコン基板４の中心部
には、ダイヤフラム部６が形成されており、ダイヤフラ
ム部６に囲まれた中央部分の上面は、可動電極２が形成
された外付回路に接続できるように配線されている。（
ここで示されたダイヤフラム部６から底面部９の厚みは
、計測する最大圧力にもよるが、１気圧用で２５μｍ前
後である。）又、可動電極２が形成されている凸部及び
ダイヤフラム部６はマイクロマシニングにて形成され、
半導体シリコン基板４の上面と、可動電極２の差は、数
μｍとなるように制御する。
シリコン基板４があり、半導体シリコン基板４の中心部
には、ダイヤフラム部６が形成されており、ダイヤフラ
ム部６に囲まれた中央部分の上面は、可動電極２が形成
された外付回路に接続できるように配線されている。（
ここで示されたダイヤフラム部６から底面部９の厚みは
、計測する最大圧力にもよるが、１気圧用で２５μｍ前
後である。）又、可動電極２が形成されている凸部及び
ダイヤフラム部６はマイクロマシニングにて形成され、
半導体シリコン基板４の上面と、可動電極２の差は、数
μｍとなるように制御する。
半導体シリコン基板４の裏面も又、マイクロマシニング
にてエツチングされ、上面からエツチングしたダイヤフ
ラム部６と、裏面からエツチングした圧力だまり部７の
薄板部の残り厚さは、圧力ポート８からの圧力Ｐによっ
て圧力方向に感度よく変化し得るダイヤフラムとなり前
述の２５μｍ前後とする。
にてエツチングされ、上面からエツチングしたダイヤフ
ラム部６と、裏面からエツチングした圧力だまり部７の
薄板部の残り厚さは、圧力ポート８からの圧力Ｐによっ
て圧力方向に感度よく変化し得るダイヤフラムとなり前
述の２５μｍ前後とする。
次に、半導体シリコン基板４とガラス基板３は陽極接合
によって溶着され、可動電極２に対向する面には、可動
電極２と同一面積の固定電極１が形成されている。この
固定電極１も可動電極２と同様に外付回路に接続可能な
ように配線されている６以上より、固定電極１と圧力に
よって垂直に平行移動する可動電極２の間において、印
加圧力に対し可変容量が形成されている。
によって溶着され、可動電極２に対向する面には、可動
電極２と同一面積の固定電極１が形成されている。この
固定電極１も可動電極２と同様に外付回路に接続可能な
ように配線されている６以上より、固定電極１と圧力に
よって垂直に平行移動する可動電極２の間において、印
加圧力に対し可変容量が形成されている。
半導体シリコン基板４の圧力だまり部７が圧力によって
変化するダイヤフラム６となるため、圧力だまり部７に
圧力を導入するための導入管が必要となり、圧力ポート
８を形成した台座ガラス板５を半導体シリコン基板４に
上記ガラス基板３と共に陽極接合を用いて溶着すること
による。ダイヤフラム部に圧力印加が可能となる。
変化するダイヤフラム６となるため、圧力だまり部７に
圧力を導入するための導入管が必要となり、圧力ポート
８を形成した台座ガラス板５を半導体シリコン基板４に
上記ガラス基板３と共に陽極接合を用いて溶着すること
による。ダイヤフラム部に圧力印加が可能となる。
ここで用いる容量は、
Ａ
Ｃ＝ε−・・・（１）
（Ｃ：容量、Ａ：電極面積、ｄ：電極間のギャップ、ε
：比誘電率） で表され、 となり、電極間のギャップが小さい程感度が良好になる
。
：比誘電率） で表され、 となり、電極間のギャップが小さい程感度が良好になる
。
以上から本発明により、第１図（Ｑ）に示すようしこ印
加圧力により可動電極２は垂直に平行移動する。又、ダ
イヤフラム部６の溝幅１８（可動電極２との差）を狭く
すれば印加圧力に対して電極の垂直変化量が小さくなる
ため、固定電極１と可動電極２のギャップを数μｍにす
ることが可能となり、上記（２）式に示されるように、
感度が大きく取ることが可能となる。ダイヤフラム６の
溝幅１８の形成は、図示において低温マイクロ波プラズ
マエツチングで加工の垂直な形状を示したが、第６図に
示すごとく、異方性エツチングの形状で形成することは
可能であり、この際、ダイヤフラム６の溝幅１８′を調
整すれば良いということは言うまでもない。従来の半導
体容量式圧力変換器は、第２図に示すように、印加圧力
に対して、可動電極２′を形成したダイヤフラム部は円
弧状となり可動型＋！２′ と固定電極１′のギャップ
は必ずしも電極面の各点で均一でなくなり、出力の直線
性及び、低圧側の精度悪化の原因となる。しかし、本発
明の構成は、印加圧力に対して可動電極２の変位が垂直
に移動するため常に電極間のギャップ１０は電極面全面
で均一となり、出力の直線性及び精度が良好となる。
加圧力により可動電極２は垂直に平行移動する。又、ダ
イヤフラム部６の溝幅１８（可動電極２との差）を狭く
すれば印加圧力に対して電極の垂直変化量が小さくなる
ため、固定電極１と可動電極２のギャップを数μｍにす
ることが可能となり、上記（２）式に示されるように、
感度が大きく取ることが可能となる。ダイヤフラム６の
溝幅１８の形成は、図示において低温マイクロ波プラズ
マエツチングで加工の垂直な形状を示したが、第６図に
示すごとく、異方性エツチングの形状で形成することは
可能であり、この際、ダイヤフラム６の溝幅１８′を調
整すれば良いということは言うまでもない。従来の半導
体容量式圧力変換器は、第２図に示すように、印加圧力
に対して、可動電極２′を形成したダイヤフラム部は円
弧状となり可動型＋！２′ と固定電極１′のギャップ
は必ずしも電極面の各点で均一でなくなり、出力の直線
性及び、低圧側の精度悪化の原因となる。しかし、本発
明の構成は、印加圧力に対して可動電極２の変位が垂直
に移動するため常に電極間のギャップ１０は電極面全面
で均一となり、出力の直線性及び精度が良好となる。
次に第１図の応用変形例を示す。
従来の容量式圧゛力変換器は、第１図のように。
容量検出部が１か所であったが、より精度を向上させる
ために第３図（ｂ）に示すように、同一厚みのダイヤフ
ラムを４か新形成し、４か所の容量部をブリッジ構成す
ることにより微小な圧力変化にも対応でき、高精度化も
図れる。（第３図（ｄ））第１図と同様に、微小可動１
極１１と微小固定電極との間に容量を検出するとともに
、アクチュエーター可動部１３と、アクチュエーターボ
ート１４において、圧力が印加されると同時に、アクチ
ュエーター可動部１３が上下に変化し、アクチュエータ
ーボート１４をふさぐことにより外部に圧力信号として
取り出し、他の可動部として利用することができる。又
、第３図（Ｃ）の如く、アクチュエーター可動部１３は
、先端１３′のように三角錐とすることにより、より高
精度の制御をすることも可能である。
ために第３図（ｂ）に示すように、同一厚みのダイヤフ
ラムを４か新形成し、４か所の容量部をブリッジ構成す
ることにより微小な圧力変化にも対応でき、高精度化も
図れる。（第３図（ｄ））第１図と同様に、微小可動１
極１１と微小固定電極との間に容量を検出するとともに
、アクチュエーター可動部１３と、アクチュエーターボ
ート１４において、圧力が印加されると同時に、アクチ
ュエーター可動部１３が上下に変化し、アクチュエータ
ーボート１４をふさぐことにより外部に圧力信号として
取り出し、他の可動部として利用することができる。又
、第３図（Ｃ）の如く、アクチュエーター可動部１３は
、先端１３′のように三角錐とすることにより、より高
精度の制御をすることも可能である。
又、第４図に示すように第３図を変形したもので、ダイ
ヤフラム厚さを変えた電極構成（すなわち、高さを変え
たり可動電極１５を設けることによ各月も可能であると
いうことは言うまでもない。
ヤフラム厚さを変えた電極構成（すなわち、高さを変え
たり可動電極１５を設けることによ各月も可能であると
いうことは言うまでもない。
第５図も本発明実施例の１つで、全体実装部１９に、１
チツプ（又は、２チツプ）上に、上記全体検出部１６（
容量部）と温度補償回路１７及び、増幅回路１７′等の
補正回路を搭載した回路部を形成した例である。
チツプ（又は、２チツプ）上に、上記全体検出部１６（
容量部）と温度補償回路１７及び、増幅回路１７′等の
補正回路を搭載した回路部を形成した例である。
第１図、第３図、第４図において、ダイヤフラム６上の
可動電極２の形状を四角形にしであるが。
可動電極２の形状を四角形にしであるが。
多角形や丸形の形状等であっても良く、これらは上部に
設定される固定電極１と相対していれば、良いというこ
とは言うまでもない。
設定される固定電極１と相対していれば、良いというこ
とは言うまでもない。
本発明は、以上述べたことかられかる様に、印加圧力に
対して直線性が優れ、かつ、高精度な容量式圧力変換器
が得られる。
対して直線性が優れ、かつ、高精度な容量式圧力変換器
が得られる。
第１図（ａ）は本発明の半導体容量式圧力変換器の構造
断面図、第１図（ｂ）は本発明の平面図。 第１図（ｃ）は本発明における圧力印加時の電極面の変
形図、第２図は従来の容量式圧力変換器の圧力印加時の
電極面変形図、第３図、第４図は本発明の実施例を示す
図、第５図は本発明の実装例を示す図、第６図は本発明
のエツチング形状の実施例を示す図である。 １．１′・・・固定電極、２，２′・・・（ダイヤフラ
ム上の）可動電極、３・・・ガラス基板、４・・・半導
体シリコン基板、５・・・台座ガラス板、６・・・ダイ
ヤフラム部、７・・・圧力だまり部、８・・・圧力ポー
ト、９・・・底面部、１０・・・ギャップ、１１・・・
微小可動電極。 １２・・・微小固定電極、１３．１３’・・・アクチュ
エーター可動部、１４・・・アクチュエーターポート、
１５・・・高さを変えた可動電極部、１６・・・全体検
出部、１７．１７’・・・温度補償及び増幅回路、１８
・・・溝幅、１９・・・全体実装部。 第３図 （ＯＬ） ＜ａ−＞ 第３ ｆ ４図 第５図
断面図、第１図（ｂ）は本発明の平面図。 第１図（ｃ）は本発明における圧力印加時の電極面の変
形図、第２図は従来の容量式圧力変換器の圧力印加時の
電極面変形図、第３図、第４図は本発明の実施例を示す
図、第５図は本発明の実装例を示す図、第６図は本発明
のエツチング形状の実施例を示す図である。 １．１′・・・固定電極、２，２′・・・（ダイヤフラ
ム上の）可動電極、３・・・ガラス基板、４・・・半導
体シリコン基板、５・・・台座ガラス板、６・・・ダイ
ヤフラム部、７・・・圧力だまり部、８・・・圧力ポー
ト、９・・・底面部、１０・・・ギャップ、１１・・・
微小可動電極。 １２・・・微小固定電極、１３．１３’・・・アクチュ
エーター可動部、１４・・・アクチュエーターポート、
１５・・・高さを変えた可動電極部、１６・・・全体検
出部、１７．１７’・・・温度補償及び増幅回路、１８
・・・溝幅、１９・・・全体実装部。 第３図 （ＯＬ） ＜ａ−＞ 第３ ｆ ４図 第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、シリコン基板をエッチングしてダイヤフラム状に形
成し、その中央部に容量検出用の電極を設けた半導体基
板と、その上面に相対する電極を設けたガラス板にて容
量検出用のギャップを構成するガラス基板及び、中央シ
リコン基板の下面に台座用のガラス基板と共に陽極接合
で溶着され、圧力に比例して出力が検出されることを特
徴とした半導体容量式圧力変換器。 ２、特許請求範囲第１項において、容量検出部を複数個
所組合せることを特徴とした半導体容量式圧力変換器。 ３、特許請求範囲第２項において、容量検出部の組合せ
構成で電極高さを変えたことを特徴とした半導体容量式
圧力変換器。 ４、特許請求範囲第１項または第２項において、圧力検
出用の中央部にアクチュエーター構造を設けたことを特
徴とした半導体容量式圧力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29733189A JPH03158731A (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 半導体容量式圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29733189A JPH03158731A (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 半導体容量式圧力変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03158731A true JPH03158731A (ja) | 1991-07-08 |
Family
ID=17845134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29733189A Pending JPH03158731A (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 半導体容量式圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03158731A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH085486A (ja) * | 1994-06-15 | 1996-01-12 | Sensor Gijutsu Kenkyusho:Kk | ガス供給圧力測定方法 |
| JP2013537972A (ja) * | 2010-09-30 | 2013-10-07 | シェンゼン キングイールド テクノロジー カンパニー，リミテッド | 可動電極装置、圧力センサー及び電子圧力計 |
| KR20140033211A (ko) * | 2011-06-29 | 2014-03-17 | 인벤센스 인코포레이티드. | 환경에 노출된 부분을 갖는 밀봉 mems 디바이스를 위한 공정 |
| JP2014521071A (ja) * | 2011-06-29 | 2014-08-25 | インベンセンス，インク． | 一部が縦型集積電子回路とともに環境に曝露された密閉封止型ｍｅｍｓデバイス |
-
1989
- 1989-11-17 JP JP29733189A patent/JPH03158731A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH085486A (ja) * | 1994-06-15 | 1996-01-12 | Sensor Gijutsu Kenkyusho:Kk | ガス供給圧力測定方法 |
| JP2013537972A (ja) * | 2010-09-30 | 2013-10-07 | シェンゼン キングイールド テクノロジー カンパニー，リミテッド | 可動電極装置、圧力センサー及び電子圧力計 |
| KR20140033211A (ko) * | 2011-06-29 | 2014-03-17 | 인벤센스 인코포레이티드. | 환경에 노출된 부분을 갖는 밀봉 mems 디바이스를 위한 공정 |
| JP2014521071A (ja) * | 2011-06-29 | 2014-08-25 | インベンセンス，インク． | 一部が縦型集積電子回路とともに環境に曝露された密閉封止型ｍｅｍｓデバイス |
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