JPH0611403A - 圧力センサアレイ - Google Patents
圧力センサアレイInfo
- Publication number
- JPH0611403A JPH0611403A JP16914892A JP16914892A JPH0611403A JP H0611403 A JPH0611403 A JP H0611403A JP 16914892 A JP16914892 A JP 16914892A JP 16914892 A JP16914892 A JP 16914892A JP H0611403 A JPH0611403 A JP H0611403A
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- JP
- Japan
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- electrodes
- diaphragm
- spacer
- semiconductor
- electrode
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高感度、高安定性が期待できる静電容量型
で、しかも従来のこの種のセンサに比して寄生容量が少
なく、かつ、高密度で各電極間距離が均一な高精度の圧
力センサアレイを提供する。 【構成】 半導体薄板に複数の電極１１を形成したダイ
ヤフラム１と、上記各電極１１とそれぞれ対向する複数
の電極２１を形成した半導体基板２とを、半導体薄板に
上記各電極対に対応する複数の貫通孔３１を形成したス
ペーサ３を介して相互に接合した構造とする。
で、しかも従来のこの種のセンサに比して寄生容量が少
なく、かつ、高密度で各電極間距離が均一な高精度の圧
力センサアレイを提供する。 【構成】 半導体薄板に複数の電極１１を形成したダイ
ヤフラム１と、上記各電極１１とそれぞれ対向する複数
の電極２１を形成した半導体基板２とを、半導体薄板に
上記各電極対に対応する複数の貫通孔３１を形成したス
ペーサ３を介して相互に接合した構造とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば工業計測や、自
動車あるいは医療用の自動計測用の圧力センサとして利
用できる、半導体ダイヤフラムを用いた静電容量型のマ
イクロ圧力センサアレイに関する。
動車あるいは医療用の自動計測用の圧力センサとして利
用できる、半導体ダイヤフラムを用いた静電容量型のマ
イクロ圧力センサアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ダイヤフラムを用いたマイクロ圧
力センサとしては、一般に、ピエゾ抵抗型と静電容量型
とがある。
力センサとしては、一般に、ピエゾ抵抗型と静電容量型
とがある。
【０００３】ピエゾ抵抗型はポリシリコンのピエゾ抵抗
効果を利用したもので、シリコン基板により形成された
ダイヤフラムに隣接してその表面にポリシリコン抵抗体
を形成し、ダイヤフラムを介して抵抗体に作用する圧力
をその抵抗値の変化から検出する。
効果を利用したもので、シリコン基板により形成された
ダイヤフラムに隣接してその表面にポリシリコン抵抗体
を形成し、ダイヤフラムを介して抵抗体に作用する圧力
をその抵抗値の変化から検出する。
【０００４】静電容量型は、対向電極の距離変化による
容量変化を利用したもので、例えばガラス基板の表面に
ピット状の凹部を形成してその底部に一方の電極を形成
するとともに、この凹部を覆うように薄板状のダイヤフ
ラムを配置し、このダイヤフラムに他方の電極を形成し
た構造を採り、圧力変化によるダイヤフラムの変形に伴
う電極対間の容量変化からその圧力を検出する（例えば
電気学会論文集Ｃ１０９巻１２号（平成１年）P.820
）。
容量変化を利用したもので、例えばガラス基板の表面に
ピット状の凹部を形成してその底部に一方の電極を形成
するとともに、この凹部を覆うように薄板状のダイヤフ
ラムを配置し、このダイヤフラムに他方の電極を形成し
た構造を採り、圧力変化によるダイヤフラムの変形に伴
う電極対間の容量変化からその圧力を検出する（例えば
電気学会論文集Ｃ１０９巻１２号（平成１年）P.820
）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上の各型の圧力セン
サにおいて、ピエゾ抵抗型では２次元集積化した報告例
もあるが（S. Saginomiya et.al., Proc. Transducer's
89 (1989) p.152、あるいは電子情報通信学会論文誌Ｃ
−II Vol. J73-C-II No.31-37, 1990 年 1月）、温度や
ストレスの影響を受けやすく、高精度化することが難し
い。
サにおいて、ピエゾ抵抗型では２次元集積化した報告例
もあるが（S. Saginomiya et.al., Proc. Transducer's
89 (1989) p.152、あるいは電子情報通信学会論文誌Ｃ
−II Vol. J73-C-II No.31-37, 1990 年 1月）、温度や
ストレスの影響を受けやすく、高精度化することが難し
い。
【０００６】一方、静電容量型では、高感度、高安定性
が期待できるものの、電極間距離の均一化等が困難で、
特にアレイ化する場合には問題となるとともに、電極か
らの信号取り出し用配線等に起因して、従来の構造では
寄生容量の低減が困難であるという欠点がある。
が期待できるものの、電極間距離の均一化等が困難で、
特にアレイ化する場合には問題となるとともに、電極か
らの信号取り出し用配線等に起因して、従来の構造では
寄生容量の低減が困難であるという欠点がある。
【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、高感度、高安定性が期待できる静電容量型で、し
かも寄生容量が少なく、かつ、高密度で各電極間距離が
均一な圧力センサアレイの提供を目的としている。
ので、高感度、高安定性が期待できる静電容量型で、し
かも寄生容量が少なく、かつ、高密度で各電極間距離が
均一な圧力センサアレイの提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を実施例に対応する図１，図２を参照しつつ説
明すると、本発明の圧力センサアレイは、半導体薄板の
一面に複数の電極１１・・１１が形成されてなるダイヤフ
ラム１と、一面に上記各電極１１・・１１とそれぞれ対向
する複数の電極２１・・２１が形成された半導体基板２と
が、半導体薄板に上記各電極対に対応する複数の貫通孔
３１・・３１が形成されたスペーサ３を介して相互に接合
されていることによって特徴づけられる。
めの構成を実施例に対応する図１，図２を参照しつつ説
明すると、本発明の圧力センサアレイは、半導体薄板の
一面に複数の電極１１・・１１が形成されてなるダイヤフ
ラム１と、一面に上記各電極１１・・１１とそれぞれ対向
する複数の電極２１・・２１が形成された半導体基板２と
が、半導体薄板に上記各電極対に対応する複数の貫通孔
３１・・３１が形成されたスペーサ３を介して相互に接合
されていることによって特徴づけられる。
【０００９】
【作用】各電極間距離がスペーサ３の厚さによって決ま
り、かつ、このスペーサ３を半導体薄板としていること
からその加工に半導体微細加工技術を応用できるため、
各電極間距離の均一化が容易となるとともに高密度化が
容易であり、ダイヤフラム１および基板２側の電極のい
ずれもが平面上に形成されていることから、信号取り出
し用配線が寄生容量に及ぼす影響が少なく、所期の目的
を達成できる。
り、かつ、このスペーサ３を半導体薄板としていること
からその加工に半導体微細加工技術を応用できるため、
各電極間距離の均一化が容易となるとともに高密度化が
容易であり、ダイヤフラム１および基板２側の電極のい
ずれもが平面上に形成されていることから、信号取り出
し用配線が寄生容量に及ぼす影響が少なく、所期の目的
を達成できる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明実施例の断面図で、図２はその
分解斜視図である。ダイヤフラム１は被測定圧力により
弾性変形を起こす半導体薄板で、数十μｍの厚さを持つ
シリコン単結晶板等によって構成されている。このダイ
ヤフラム１の一方の面には、高融点金属を堆積してなる
複数個の電極１１・・１１が２次元状に形成されている。
分解斜視図である。ダイヤフラム１は被測定圧力により
弾性変形を起こす半導体薄板で、数十μｍの厚さを持つ
シリコン単結晶板等によって構成されている。このダイ
ヤフラム１の一方の面には、高融点金属を堆積してなる
複数個の電極１１・・１１が２次元状に形成されている。
【００１１】例えばシリコン単結晶からなる半導体基板
２の一面には、ダイヤフラム１の電極１１・・１１と同一
のパターンで、同じく高融点金属を堆積してなる複数個
の電極２１・・２１が２次元状に形成されており、この半
導体基板２とダイヤフラム１とが、それぞれの電極１１
・・１１および２１・・２１が対向するように、スペーサ３
を介して接合されている。
２の一面には、ダイヤフラム１の電極１１・・１１と同一
のパターンで、同じく高融点金属を堆積してなる複数個
の電極２１・・２１が２次元状に形成されており、この半
導体基板２とダイヤフラム１とが、それぞれの電極１１
・・１１および２１・・２１が対向するように、スペーサ３
を介して接合されている。
【００１２】スペーサ３は、シリコン単結晶等の半導体
薄板に、互いに対向するそれぞれの電極１１・・１１と２
１・・２１との間に空隙が形成されるように複数個の貫通
孔３１・・３１を形成したもので、このスペーサ３の厚さ
が電極１１・・１１と２１・・２１間の距離を規定してい
る。また、このスペーサ３の周囲には、その表裏両面側
に突出する段部３２が形成されており、その段部３２の
内縁はダイヤフラム１および半導体基板２の外縁と同等
の形状・寸法を有しており、この段部３２の内側にダイ
ヤフラム１および半導体基板２を差し込むことにより、
電極１１・・１１、貫通孔３１・・３１、および電極２１・・
２１がそれぞれ位置合わせされるようになっている。
薄板に、互いに対向するそれぞれの電極１１・・１１と２
１・・２１との間に空隙が形成されるように複数個の貫通
孔３１・・３１を形成したもので、このスペーサ３の厚さ
が電極１１・・１１と２１・・２１間の距離を規定してい
る。また、このスペーサ３の周囲には、その表裏両面側
に突出する段部３２が形成されており、その段部３２の
内縁はダイヤフラム１および半導体基板２の外縁と同等
の形状・寸法を有しており、この段部３２の内側にダイ
ヤフラム１および半導体基板２を差し込むことにより、
電極１１・・１１、貫通孔３１・・３１、および電極２１・・
２１がそれぞれ位置合わせされるようになっている。
【００１３】スペーサ３の両面と、電極１１・・１１およ
び２１・・２１の形成部分を除くダイヤフラム１および半
導体基板２のスペーサ３との接合面には、それぞれ酸化
膜が形成されており、ダイヤフラム１とスペーサ３、お
よび半導体基板２とスペーサ３は、それぞれ融着により
相互に強固に接合されている。すなわち、表面に薄い酸
化膜が形成されたシリコン単結晶は、１０００°Ｃ程度
の高温熱処理により容易に強固な接合が可能であり、電
極１１・・１１および２１・・２１を高融点金属としておく
ことにより、各部材１〜３を個別に作成した後に一体化
することができる。
び２１・・２１の形成部分を除くダイヤフラム１および半
導体基板２のスペーサ３との接合面には、それぞれ酸化
膜が形成されており、ダイヤフラム１とスペーサ３、お
よび半導体基板２とスペーサ３は、それぞれ融着により
相互に強固に接合されている。すなわち、表面に薄い酸
化膜が形成されたシリコン単結晶は、１０００°Ｃ程度
の高温熱処理により容易に強固な接合が可能であり、電
極１１・・１１および２１・・２１を高融点金属としておく
ことにより、各部材１〜３を個別に作成した後に一体化
することができる。
【００１４】以上の構造の本発明実施例によると、ダイ
ヤフラム１の各電極１１・・１１がそれぞれ静電容量型圧
力センサの可変電極を形成し、半導体基板２の各電極２
１・・２１が同じく対向電極を形成して、ダイヤフラム１
に作用する被測定圧力の２次元状の分布を測定すること
ができる。すなわち、被測定圧力がダイヤフラム１に作
用すると、その大きさに応じて各電極１１・・１１の形成
部が変形して対向する電極２１・・２１との間の距離が変
化し、それに応じて各電極対の静電容量が変化するの
で、その静電容量変化から各電極対の形成位置における
圧力の大きさを知ることができる。
ヤフラム１の各電極１１・・１１がそれぞれ静電容量型圧
力センサの可変電極を形成し、半導体基板２の各電極２
１・・２１が同じく対向電極を形成して、ダイヤフラム１
に作用する被測定圧力の２次元状の分布を測定すること
ができる。すなわち、被測定圧力がダイヤフラム１に作
用すると、その大きさに応じて各電極１１・・１１の形成
部が変形して対向する電極２１・・２１との間の距離が変
化し、それに応じて各電極対の静電容量が変化するの
で、その静電容量変化から各電極対の形成位置における
圧力の大きさを知ることができる。
【００１５】この構成において特に注目すべき点は、ア
レイ状の各センサの電極間距離がスペーサ３の厚さによ
って決まる点であり、これにより、全ての電極間距離を
容易に均一化することが可能となる。
レイ状の各センサの電極間距離がスペーサ３の厚さによ
って決まる点であり、これにより、全ての電極間距離を
容易に均一化することが可能となる。
【００１６】そして、以上の本発明実施例を製造するに
当たり、スペーサ３の貫通孔３１・・３１は異方性エッチ
ングにより開口することができ、また、その面方向への
位置決め、およびダイヤフラム１と半導体基板２の各電
極１１・・１１および２１・・２１の位置決めも等に関して
は、半導体微細加工技術を応用することにより極めて高
精度で高密度のセンサアレイを得ることができる。
当たり、スペーサ３の貫通孔３１・・３１は異方性エッチ
ングにより開口することができ、また、その面方向への
位置決め、およびダイヤフラム１と半導体基板２の各電
極１１・・１１および２１・・２１の位置決めも等に関して
は、半導体微細加工技術を応用することにより極めて高
精度で高密度のセンサアレイを得ることができる。
【００１７】更に、各部材１〜３を個別に作成した後、
相互に位置合わせをして最後に一体化できるため、半導
体基板２に信号処理回路を形成し、ワンチップのインテ
リジェントセンサの構成とすることが容易となる。ただ
し、半導体基板２には電極２１・・２１のみを形成し、信
号処理回路は別の基板に形成してもよく、この場合には
製造工程の自由度が増し、信号処理回路の性能、歩留り
の向上が期待できる。
相互に位置合わせをして最後に一体化できるため、半導
体基板２に信号処理回路を形成し、ワンチップのインテ
リジェントセンサの構成とすることが容易となる。ただ
し、半導体基板２には電極２１・・２１のみを形成し、信
号処理回路は別の基板に形成してもよく、この場合には
製造工程の自由度が増し、信号処理回路の性能、歩留り
の向上が期待できる。
【００１８】なお、ダイヤフラム１、半導体基板２およ
びスペーサ３の材質としてはシリコン単結晶に限られる
ことはないが、各部材に要求される機能、例えばダイヤ
フラム１においては弾性、スペーサ３においては異方性
エッチングが可能なこと、更には各部材の接合等を考慮
すると、シリコン単結晶が最も適した材料であると言え
る。
びスペーサ３の材質としてはシリコン単結晶に限られる
ことはないが、各部材に要求される機能、例えばダイヤ
フラム１においては弾性、スペーサ３においては異方性
エッチングが可能なこと、更には各部材の接合等を考慮
すると、シリコン単結晶が最も適した材料であると言え
る。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の電極が形成された半導体ダイヤフラムと、その各
電極に対向する電極が形成された半導体基板とを、半導
体薄板によって形成され、かつ、各電極対に対応する貫
通孔が形成されたスペーサを介して相互に接合すること
によって静電容量型の圧力センサアレイを構成している
ので、各電極対間の距離がスペーサの肉厚によって一意
的に決まるとともに、その製造に当たっても半導体微細
加工技術を応用することができるため、従来のこの種の
圧力センサアレイに比して、各電極間距離が極めて均一
化で、高精度で高密度のセンサアレイを容易に得ること
ができる。
複数の電極が形成された半導体ダイヤフラムと、その各
電極に対向する電極が形成された半導体基板とを、半導
体薄板によって形成され、かつ、各電極対に対応する貫
通孔が形成されたスペーサを介して相互に接合すること
によって静電容量型の圧力センサアレイを構成している
ので、各電極対間の距離がスペーサの肉厚によって一意
的に決まるとともに、その製造に当たっても半導体微細
加工技術を応用することができるため、従来のこの種の
圧力センサアレイに比して、各電極間距離が極めて均一
化で、高精度で高密度のセンサアレイを容易に得ること
ができる。
【００２０】また、その構造上、各電極は平面上に形成
されているため、従来のこの種のセンサに比して信号取
り出し用の配線も容易で、かつ、寄生容量も減少する。
されているため、従来のこの種のセンサに比して信号取
り出し用の配線も容易で、かつ、寄生容量も減少する。
【図１】本発明実施例の断面図
【図２】その分解斜視図
１ 半導体ダイヤフラム １１・・１１ 電極（可変電極） ２ 半導体基板 ２１・・２１ 電極（対向電極） ３ 半導体スペーサ ３１・・３１ 貫通孔 ３２ 段部
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体ダイヤフラムを用いた静電容量型
の２次元圧力センサアレイであって、半導体薄板の一面
に複数の電極が形成されてなるダイヤフラムと、一面に
上記各電極とそれぞれ対向する複数の電極が形成された
半導体基板とが、半導体薄板に上記各電極対に対応する
複数の貫通孔が形成されたスペーサを介して相互に接合
されていることを特徴とする圧力センサアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16914892A JPH0611403A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 圧力センサアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16914892A JPH0611403A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 圧力センサアレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0611403A true JPH0611403A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=15881178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16914892A Pending JPH0611403A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 圧力センサアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0611403A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000018908A (ja) * | 1998-07-02 | 2000-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 表面形状認識用センサ |
| JP2008165949A (ja) * | 2007-01-05 | 2008-07-17 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | 磁気ディスク装置、磁気ディスク装置用プリアンプ、磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体 |
| CN117242325A (zh) * | 2021-05-14 | 2023-12-15 | 松下知识产权经营株式会社 | 载荷传感器 |
-
1992
- 1992-06-26 JP JP16914892A patent/JPH0611403A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000018908A (ja) * | 1998-07-02 | 2000-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 表面形状認識用センサ |
| JP2008165949A (ja) * | 2007-01-05 | 2008-07-17 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | 磁気ディスク装置、磁気ディスク装置用プリアンプ、磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体 |
| CN117242325A (zh) * | 2021-05-14 | 2023-12-15 | 松下知识产权经营株式会社 | 载荷传感器 |
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