JPH09210824A - 静電容量形圧力センサ - Google Patents
静電容量形圧力センサInfo
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- JPH09210824A JPH09210824A JP2083896A JP2083896A JPH09210824A JP H09210824 A JPH09210824 A JP H09210824A JP 2083896 A JP2083896 A JP 2083896A JP 2083896 A JP2083896 A JP 2083896A JP H09210824 A JPH09210824 A JP H09210824A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】センサ感度の向上，および組立構造面での改良
を図った静電容量形圧力センサを提供する。 【解決手段】表面中央に可動電極部３ｂを形成したシリ
コンのダイアフラム３と、該ダイアフラムの可動電極部
と微小ギャップを隔てた対向面に固定電極２ｂを形成し
てダイアフラムの周縁部上面に接合した固定電極基板２
と、ダイアフラムを搭載してその周縁部下面に接合した
基台１とで圧力センサを構成し、ダイアフラムを背面側
から固定電極基板に向けて加圧する方向に測定圧力Ｐを
加え、固定／可動電極間の静電容量変化を検出して圧力
測定を行う。これにより初期容量に対する変化容量の値
が高まってセンサ感度が向上する。また、固定電極はス
ルーホール２ｄを介して基板の上面側に引出し、一方、
ダイアフラムと基台との間の接合半田５を基台側に引出
して配線用のワイヤ６をボンディングする。
を図った静電容量形圧力センサを提供する。 【解決手段】表面中央に可動電極部３ｂを形成したシリ
コンのダイアフラム３と、該ダイアフラムの可動電極部
と微小ギャップを隔てた対向面に固定電極２ｂを形成し
てダイアフラムの周縁部上面に接合した固定電極基板２
と、ダイアフラムを搭載してその周縁部下面に接合した
基台１とで圧力センサを構成し、ダイアフラムを背面側
から固定電極基板に向けて加圧する方向に測定圧力Ｐを
加え、固定／可動電極間の静電容量変化を検出して圧力
測定を行う。これにより初期容量に対する変化容量の値
が高まってセンサ感度が向上する。また、固定電極はス
ルーホール２ｄを介して基板の上面側に引出し、一方、
ダイアフラムと基台との間の接合半田５を基台側に引出
して配線用のワイヤ６をボンディングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば都市ガス用
のインテリジェント・ガスメータに組み込んで使用する
外形寸法がミリオーダである小形サイズの静電容量形圧
力センサに関する。
のインテリジェント・ガスメータに組み込んで使用する
外形寸法がミリオーダである小形サイズの静電容量形圧
力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】気体あるいは流体の圧力を測定する圧力
センサとして静電容量形圧力センサが周知であり、昨今
ではダイアフラムの加工に半導体の微細加工技術（マイ
クロマシニング）を応用した小形の圧力センサの開発が
進んでいる。図１０は相対圧力を測定する静電容量形圧
力センサの従来構成図であり、１はセラミック基板より
なる基台、２は基台１の上に搭載した固定電極基板、３
は固定電極基板２の上に対向配置した可動電極を兼ねた
シリコン製のダイアフラムである。なお、基台１は圧力
検出回路などを搭載して例えば都市ガス用のインテリジ
ェント・ガスメータなどに組み込んだ回路基板であり、
その基板一部に前記の圧力センサを装備してガス圧を測
定するようにしている。
センサとして静電容量形圧力センサが周知であり、昨今
ではダイアフラムの加工に半導体の微細加工技術（マイ
クロマシニング）を応用した小形の圧力センサの開発が
進んでいる。図１０は相対圧力を測定する静電容量形圧
力センサの従来構成図であり、１はセラミック基板より
なる基台、２は基台１の上に搭載した固定電極基板、３
は固定電極基板２の上に対向配置した可動電極を兼ねた
シリコン製のダイアフラムである。なお、基台１は圧力
検出回路などを搭載して例えば都市ガス用のインテリジ
ェント・ガスメータなどに組み込んだ回路基板であり、
その基板一部に前記の圧力センサを装備してガス圧を測
定するようにしている。
【０００３】前記の構成では、固定電極基板２がダイア
フラム３の取付け基台も兼ねており、ガラス基板（熱膨
張係数がシリコンと同等なパイレックス，テンパックス
など）２ａに対して、ダイアフラム３との対向面に導電
膜をメタライズして固定電極２ｂを形成してなり、その
基板中央部には矢印のように測定圧力Ｐをダイアフラム
３へ導く導圧孔２ｃが開口している。また、ダイアフラ
ム３は、シリコン板に厚肉の周縁部３ａ，中央の可動電
極部３ｂ，および周縁部３ａと可動電極部３ｂとの間を
連ねた薄肉部３ｃをウエットエッチング加工により形成
したもので、その可動電極部３ｂと前記固定電極２ｂと
の間に微小なギャップ４を確保するように、可動電極部
３ｂの表面が周縁部３ａの端面よりも一段引っ込んで加
工されており、かつ固定電極基板２に対してダイアフラ
ム３の周縁部３ａを重ね合わせて接合されている。
フラム３の取付け基台も兼ねており、ガラス基板（熱膨
張係数がシリコンと同等なパイレックス，テンパックス
など）２ａに対して、ダイアフラム３との対向面に導電
膜をメタライズして固定電極２ｂを形成してなり、その
基板中央部には矢印のように測定圧力Ｐをダイアフラム
３へ導く導圧孔２ｃが開口している。また、ダイアフラ
ム３は、シリコン板に厚肉の周縁部３ａ，中央の可動電
極部３ｂ，および周縁部３ａと可動電極部３ｂとの間を
連ねた薄肉部３ｃをウエットエッチング加工により形成
したもので、その可動電極部３ｂと前記固定電極２ｂと
の間に微小なギャップ４を確保するように、可動電極部
３ｂの表面が周縁部３ａの端面よりも一段引っ込んで加
工されており、かつ固定電極基板２に対してダイアフラ
ム３の周縁部３ａを重ね合わせて接合されている。
【０００４】かかる構成の静電容量形圧力センサの動作
原理は周知であり、導圧孔２ｃを通じて測定圧力Ｐをダ
イアフラム３に加えると、ダイアフラム３が撓んで固定
電極２ｂと可動電極３ｂとの間のギャップ４が拡大する
方向に変化し、このギャップ変化に対応して固定電極／
可動電極間の静電容量が変化する。そこで、固定電極，
可動電極を介して検出した電極間の容量変化を電圧ある
いは周波数に変換することにより、被測定圧力が相対圧
として測定される。
原理は周知であり、導圧孔２ｃを通じて測定圧力Ｐをダ
イアフラム３に加えると、ダイアフラム３が撓んで固定
電極２ｂと可動電極３ｂとの間のギャップ４が拡大する
方向に変化し、このギャップ変化に対応して固定電極／
可動電極間の静電容量が変化する。そこで、固定電極，
可動電極を介して検出した電極間の容量変化を電圧ある
いは周波数に変換することにより、被測定圧力が相対圧
として測定される。
【０００５】ここで、固定電極／可動電極間の静電容量
はギャップに半比例し、次記の式により与えられる。
はギャップに半比例し、次記の式により与えられる。
【０００６】
【数１】Ｃ＝Ｃ0 ( １＋ΔＣ／Ｃ0 ） 但し、Ｃ：測定容量，Ｃ0 ：初期容量，ΔＣ：変化容量 上式から判るように、初期容量Ｃ0 に対する変化容量Δ
Ｃの比（ΔＣ／Ｃ）が大きいほど圧力センサの感度が高
く、このために測定圧力の加圧によるダイアフラム３の
撓みが大きくなるように、実際の製品ではダイアフラム
３の薄肉部３ｃの肉厚を１０〜４０μｍ程度に薄く加工
して製作するようにしている。
Ｃの比（ΔＣ／Ｃ）が大きいほど圧力センサの感度が高
く、このために測定圧力の加圧によるダイアフラム３の
撓みが大きくなるように、実際の製品ではダイアフラム
３の薄肉部３ｃの肉厚を１０〜４０μｍ程度に薄く加工
して製作するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来構成の圧力センサでは、測定圧力Ｐを固定電極基板２
とダイアフラム３との間のギャップ内に導入するように
しているので、測定圧力を加わえると固定電極２ｂと可
動電極３ｂとの間のギャップ４が広がって電極間の静電
容量が減少する方向に変化する。
来構成の圧力センサでは、測定圧力Ｐを固定電極基板２
とダイアフラム３との間のギャップ内に導入するように
しているので、測定圧力を加わえると固定電極２ｂと可
動電極３ｂとの間のギャップ４が広がって電極間の静電
容量が減少する方向に変化する。
【０００８】このように、ギャップ４を広げる方向に測
定圧力を加えるように固定電極基板２，ダイアフラム３
を配置した従来構成の圧力センサでは、図１１に示すセ
ンサ特性図から判るように、ダイアフラムの厚さをかな
り薄くしても初期容量に対する固定電極／可動電極間の
容量変化が小さく、圧力センサとしての高い感度が得ら
れないといった問題がある。なお、図１１の特性図は、
図１０に示した構造の圧力センサを対象に、ダイアフラ
ム３に形成した薄肉部３ｃの外径を4.２２mm，内径を2.
４２mmとしてその肉厚を様々に変えたものについて、初
期容量Ｃ0 ，定格圧力（３００mmＨ2 Ｏ）を加えた際の
容量Ｃm ，および変化容量ΔＣ（ΔＣ＝Ｃ0 −Ｃm ）の
関係を表したものである。
定圧力を加えるように固定電極基板２，ダイアフラム３
を配置した従来構成の圧力センサでは、図１１に示すセ
ンサ特性図から判るように、ダイアフラムの厚さをかな
り薄くしても初期容量に対する固定電極／可動電極間の
容量変化が小さく、圧力センサとしての高い感度が得ら
れないといった問題がある。なお、図１１の特性図は、
図１０に示した構造の圧力センサを対象に、ダイアフラ
ム３に形成した薄肉部３ｃの外径を4.２２mm，内径を2.
４２mmとしてその肉厚を様々に変えたものについて、初
期容量Ｃ0 ，定格圧力（３００mmＨ2 Ｏ）を加えた際の
容量Ｃm ，および変化容量ΔＣ（ΔＣ＝Ｃ0 −Ｃm ）の
関係を表したものである。
【０００９】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、ダイアフラムと固定電極基板との配置を変える
ことによりセンサ感度の向上させ、併せて組立構造面で
も改良を図った静電容量形圧力センサを提供することを
目的とする。
であり、ダイアフラムと固定電極基板との配置を変える
ことによりセンサ感度の向上させ、併せて組立構造面で
も改良を図った静電容量形圧力センサを提供することを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、表面中央に可動電極を形成したシ
リコンのダイアフラムと、該ダイアフラムの可動電極と
微小ギャップを隔てた対向面に固定電極を形成してダイ
アフラムの上面側周縁部に接合した固定電極基板と、ダ
イアフラムを搭載してその下面側周縁部と接合した基台
とからなり、ダイアフラムを背面側から固定電極基板に
向けて加圧する方向に測定圧力を加え、固定／可動電極
間の静電容量変化を検出して圧力測定を行うよう構成す
るものとする。
に、本発明によれば、表面中央に可動電極を形成したシ
リコンのダイアフラムと、該ダイアフラムの可動電極と
微小ギャップを隔てた対向面に固定電極を形成してダイ
アフラムの上面側周縁部に接合した固定電極基板と、ダ
イアフラムを搭載してその下面側周縁部と接合した基台
とからなり、ダイアフラムを背面側から固定電極基板に
向けて加圧する方向に測定圧力を加え、固定／可動電極
間の静電容量変化を検出して圧力測定を行うよう構成す
るものとする。
【００１１】上記の構成により、圧力センサに対して測
定圧力を加えると、ダイアフラムは固定電極と可動電極
との間のギャップが狭まるように撓んで固定電極／可動
電極間の静電容量が増加する方向に変化する。これによ
り、従来構成のものと較べて初期容量に対する容量変化
が大きくなり、センサ感度が向上する。また、本発明
は、前記構成を基本として次記のような具体的態様で圧
力センサを構成することができる。
定圧力を加えると、ダイアフラムは固定電極と可動電極
との間のギャップが狭まるように撓んで固定電極／可動
電極間の静電容量が増加する方向に変化する。これによ
り、従来構成のものと較べて初期容量に対する容量変化
が大きくなり、センサ感度が向上する。また、本発明
は、前記構成を基本として次記のような具体的態様で圧
力センサを構成することができる。
【００１２】１）ダイアフラムを、シリコン板に厚肉の
周縁部を残してその内側に可動電極部，薄肉部をプラズ
マエッチング加工により形成する。このプラズマエッチ
ング加工は、異方性ウエットエッチング法に較べてサイ
ドエッチングが小さく、高アスペクト比（加工深さ／加
工幅）の加工が得られるので、このプラズマエッチング
加工法を採用することにより、小形サイズのシリコンチ
ップに対してダイアフラムの微細なパターンを高いエッ
チング精度で加工できる。
周縁部を残してその内側に可動電極部，薄肉部をプラズ
マエッチング加工により形成する。このプラズマエッチ
ング加工は、異方性ウエットエッチング法に較べてサイ
ドエッチングが小さく、高アスペクト比（加工深さ／加
工幅）の加工が得られるので、このプラズマエッチング
加工法を採用することにより、小形サイズのシリコンチ
ップに対してダイアフラムの微細なパターンを高いエッ
チング精度で加工できる。
【００１３】２）固定電極基板を、ガラス基板に導電膜
をメタライズして固定電極を形成したもので構成し、該
固定電極基板とシリコン製のダイアフラムの周縁部との
間を静電接合する。 ３）固定電極基板を、セラミック基板に導電膜をメタラ
イズして固定電極を形成したもので構成し、シリコン製
のダイアフラム周縁部の接合面にシリコン酸化膜を成膜
した上で、前記固定電極基板とダイアフラムの周縁部と
の間を静電接合する。
をメタライズして固定電極を形成したもので構成し、該
固定電極基板とシリコン製のダイアフラムの周縁部との
間を静電接合する。 ３）固定電極基板を、セラミック基板に導電膜をメタラ
イズして固定電極を形成したもので構成し、シリコン製
のダイアフラム周縁部の接合面にシリコン酸化膜を成膜
した上で、前記固定電極基板とダイアフラムの周縁部と
の間を静電接合する。
【００１４】４）固定電極基板をシリコン基板であり、
該固定電極基板とシリコン製のダイアフラムの周縁部と
の間をシリコン酸化膜を介して直接接合する。 前記２）〜４）項のように、接着層を介さずに静電接
合，直接接合法でダイアフラムの周縁部と固定電極基板
との間を接合することにより、初期容量を決定する重要
なパラメータである固定電極／可動電極間の初期ギャッ
プを高い寸法精度で製作，管理することができる。
該固定電極基板とシリコン製のダイアフラムの周縁部と
の間をシリコン酸化膜を介して直接接合する。 前記２）〜４）項のように、接着層を介さずに静電接
合，直接接合法でダイアフラムの周縁部と固定電極基板
との間を接合することにより、初期容量を決定する重要
なパラメータである固定電極／可動電極間の初期ギャッ
プを高い寸法精度で製作，管理することができる。
【００１５】５）前項２），または３）の構成におい
て、固定電極基板に対し固定電極に連ねて導電膜をメタ
ライズしたスルーホールを形成し、該スルーホールを介
して固定電極基板の上面側にワイヤ接続用の電極を引出
す。 ６）前項４）の構成において、シリコン製の固定電極基
板の上面に導電膜をメタライズしてワイヤ接続用の電極
部を形成する。
て、固定電極基板に対し固定電極に連ねて導電膜をメタ
ライズしたスルーホールを形成し、該スルーホールを介
して固定電極基板の上面側にワイヤ接続用の電極を引出
す。 ６）前項４）の構成において、シリコン製の固定電極基
板の上面に導電膜をメタライズしてワイヤ接続用の電極
部を形成する。
【００１６】７）シリコン製ダイアフラムと基台との間
を半田接合した上で、この半田層をダイアフラム側方の
基台上に引出して可動電極に対応するワイヤ接続用の電
極を形成する。 ８）前項２），または３）の構成において、固定電極基
板の周縁一部にダイアフラムの周縁部に達する切欠部を
形成するとともに、該切欠部に露呈するダイアフラムの
周縁部に導電膜をメタライズして可動電極に対応するワ
イヤ接続用の電極を形成する。
を半田接合した上で、この半田層をダイアフラム側方の
基台上に引出して可動電極に対応するワイヤ接続用の電
極を形成する。 ８）前項２），または３）の構成において、固定電極基
板の周縁一部にダイアフラムの周縁部に達する切欠部を
形成するとともに、該切欠部に露呈するダイアフラムの
周縁部に導電膜をメタライズして可動電極に対応するワ
イヤ接続用の電極を形成する。
【００１７】９）前項２），または３）の構成におい
て、固定電極基板の一部にダイアフラムの周縁部に達す
るスルーホールを形成するとともに、該スルーホールに
メタライズした導電膜を基板上面側に引出して可動電極
に対応するワイヤ接続用の電極を形成する。 前記５）〜９）項のようにして固定電極，可動電極に対
するワイヤ接続用の電極（ボンディングパッド）を固定
電極基板の上面，あるいは基板上に引出し形成しておく
ことにより、該電極と検出回路との間を配線するワイヤ
ボンディングが楽に行える。
て、固定電極基板の一部にダイアフラムの周縁部に達す
るスルーホールを形成するとともに、該スルーホールに
メタライズした導電膜を基板上面側に引出して可動電極
に対応するワイヤ接続用の電極を形成する。 前記５）〜９）項のようにして固定電極，可動電極に対
するワイヤ接続用の電極（ボンディングパッド）を固定
電極基板の上面，あるいは基板上に引出し形成しておく
ことにより、該電極と検出回路との間を配線するワイヤ
ボンディングが楽に行える。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体化実施例を図
面に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図１０
に対応する同一部材には同じ符号が付してある。 〔実施例１〕図１，図２は本発明の請求項１ないし３に
対応する実施例の構成図であり、まず基本的な組立構造
として、セラミック基板である基台１の上面に平坦面を
下面側に向けてシリコンで作られた平板形のダイアフラ
ム３，および固定電極基板２をこの順序に積み重ね、基
台１の開口穴を通じてダイアフラム３の背面側に測定圧
力Ｐを加えるようにして静電容量形圧力センサを構成し
ている。
面に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図１０
に対応する同一部材には同じ符号が付してある。 〔実施例１〕図１，図２は本発明の請求項１ないし３に
対応する実施例の構成図であり、まず基本的な組立構造
として、セラミック基板である基台１の上面に平坦面を
下面側に向けてシリコンで作られた平板形のダイアフラ
ム３，および固定電極基板２をこの順序に積み重ね、基
台１の開口穴を通じてダイアフラム３の背面側に測定圧
力Ｐを加えるようにして静電容量形圧力センサを構成し
ている。
【００１９】ここで、ダイアフラム３は、例えば厚さ３
００μｍのシリコンチップにプラズマエッチング加工を
施し、シリコンチップの周域に厚さ３００μｍの厚肉な
周縁部３ａを残してその内側に厚さ２９０〜２９９μｍ
となるようエッチング加工された凸状の可動電極部３
ｂ、および肉厚が１０〜４０μｍ程度にエッチング加工
された薄肉部３ｃを形成して製作される。なお、プラズ
マエッチング加工には、例えば特開平２−２８０３２４
号公報に開示さている加工法が採用できる。
００μｍのシリコンチップにプラズマエッチング加工を
施し、シリコンチップの周域に厚さ３００μｍの厚肉な
周縁部３ａを残してその内側に厚さ２９０〜２９９μｍ
となるようエッチング加工された凸状の可動電極部３
ｂ、および肉厚が１０〜４０μｍ程度にエッチング加工
された薄肉部３ｃを形成して製作される。なお、プラズ
マエッチング加工には、例えば特開平２−２８０３２４
号公報に開示さている加工法が採用できる。
【００２０】そして、ダイアフラム３は平坦面を下面に
向けてその周縁部３ａと基台１との間の接合面が半田５
により接合する。また、この場合に接合半田５の一部を
基台１の上面に引出して可動電極に対応するワイヤ接続
用の電極（ボンディングパッド）を形成し、ここにワイ
ヤ６をボンディングして基板１に搭載した検出回路（図
示せず）との間の配線を行うようにしている。なお、可
動電極部３ａ，薄肉部３ｃは、図２（ａ）で示すような
方形状パターン、あるいは図２（ｂ）で示すように円形
状パターンで形成することができる。
向けてその周縁部３ａと基台１との間の接合面が半田５
により接合する。また、この場合に接合半田５の一部を
基台１の上面に引出して可動電極に対応するワイヤ接続
用の電極（ボンディングパッド）を形成し、ここにワイ
ヤ６をボンディングして基板１に搭載した検出回路（図
示せず）との間の配線を行うようにしている。なお、可
動電極部３ａ，薄肉部３ｃは、図２（ａ）で示すような
方形状パターン、あるいは図２（ｂ）で示すように円形
状パターンで形成することができる。
【００２１】一方、固定電極基板２は、ダイアフラム３
と同じ外形の厚肉なガラス基板２ａに導電膜をメタライ
ズし、ダイアフラム３の可動電極部３ｂと微小ギャップ
４を隔てて対面する固定電極２ｂが形成されている。ま
た、この固定電極２ｂはガラス基板２ａの中央部に穿孔
したスルーホール（内面に導電膜がメタライズされてい
る）２ｄを介して基板の上面側に引出し、この引出し部
分に形成したワイヤ接続用の電極にワイヤ６をボンディ
ングして検出回路（図示せず）との間の配線を行うよう
にしいてる。そして、この固定電極基板２をダイアフラ
ム３に接合する際には、固定電極基板２の周縁部をダイ
アフラム３の周縁部３ａの上に重ね合わせた上で、温度
３００〜６００℃に加熱し、この状態で固定電極基板２
とダイアフラム３との間に４００〜１０００Ｖの電圧を
印加して両者間を静電接合する。なお、この組立状態で
は、固定電極基板２の固定電極２ｂとダイアフラム３の
可動電極部３ｂとの間には１〜１０μｍの初期ギャップ
４が確保される。また、前記したスルーホール２ｄを通
じて固定電極／可動電極間のギャップ４が大気圧に開放
されている。
と同じ外形の厚肉なガラス基板２ａに導電膜をメタライ
ズし、ダイアフラム３の可動電極部３ｂと微小ギャップ
４を隔てて対面する固定電極２ｂが形成されている。ま
た、この固定電極２ｂはガラス基板２ａの中央部に穿孔
したスルーホール（内面に導電膜がメタライズされてい
る）２ｄを介して基板の上面側に引出し、この引出し部
分に形成したワイヤ接続用の電極にワイヤ６をボンディ
ングして検出回路（図示せず）との間の配線を行うよう
にしいてる。そして、この固定電極基板２をダイアフラ
ム３に接合する際には、固定電極基板２の周縁部をダイ
アフラム３の周縁部３ａの上に重ね合わせた上で、温度
３００〜６００℃に加熱し、この状態で固定電極基板２
とダイアフラム３との間に４００〜１０００Ｖの電圧を
印加して両者間を静電接合する。なお、この組立状態で
は、固定電極基板２の固定電極２ｂとダイアフラム３の
可動電極部３ｂとの間には１〜１０μｍの初期ギャップ
４が確保される。また、前記したスルーホール２ｄを通
じて固定電極／可動電極間のギャップ４が大気圧に開放
されている。
【００２２】かかる構成で、ダイアフラム３に対して背
面側から測定圧力Ｐを矢印方向に加えると、ダイアフラ
ム３は可動電極部３ｂが固定電極基板２の固定電極２ｂ
へ近づいてギャップ４を狭める方向に撓む。これによ
り、図１０の従来構成の場合とは逆に、固定電極／可動
電極間の静電容量が増大する方向に変化する。ところ
で、前記構成の圧力センサにつき、ダイアフラム３に形
成した薄肉部３ｃの外径を4.２２mm，内径を2.４２mm、
固定電極／可動電極間の初期ギャップ４を２μｍとし
て、３００mmＨ2 Ｏの定格測定圧力Ｐを加えた条件で、
ダイアフラムの厚さを様々に変えた場合のセンサ特性を
図９に示す。なお、図中に表した記号は図１１の特性図
に示した記号と同じであり、Ｃ0 は固定電極／可動電極
間の初期容量、Ｃm は定格圧力（３００mmＨ2 Ｏ）を加
えた際の容量、ΔＣ（ΔＣ＝Ｃ0 −Ｃm ）は変化容量を
表している。
面側から測定圧力Ｐを矢印方向に加えると、ダイアフラ
ム３は可動電極部３ｂが固定電極基板２の固定電極２ｂ
へ近づいてギャップ４を狭める方向に撓む。これによ
り、図１０の従来構成の場合とは逆に、固定電極／可動
電極間の静電容量が増大する方向に変化する。ところ
で、前記構成の圧力センサにつき、ダイアフラム３に形
成した薄肉部３ｃの外径を4.２２mm，内径を2.４２mm、
固定電極／可動電極間の初期ギャップ４を２μｍとし
て、３００mmＨ2 Ｏの定格測定圧力Ｐを加えた条件で、
ダイアフラムの厚さを様々に変えた場合のセンサ特性を
図９に示す。なお、図中に表した記号は図１１の特性図
に示した記号と同じであり、Ｃ0 は固定電極／可動電極
間の初期容量、Ｃm は定格圧力（３００mmＨ2 Ｏ）を加
えた際の容量、ΔＣ（ΔＣ＝Ｃ0 −Ｃm ）は変化容量を
表している。
【００２３】この特性図から判るように、ダイアフラム
の厚さを同じとしても、図１１に示した従来構成のセン
サ特性と較べて初期容量Ｃ0 に対する容量変化ΔＣ／Ｃ
0 の値が遥かに大きな値となるので、これにより圧力セ
ンサとして高いセンサ感度が得られる。なお、図９に示
したセンサ特性は、以下述べる各実施例についても当て
はまる。
の厚さを同じとしても、図１１に示した従来構成のセン
サ特性と較べて初期容量Ｃ0 に対する容量変化ΔＣ／Ｃ
0 の値が遥かに大きな値となるので、これにより圧力セ
ンサとして高いセンサ感度が得られる。なお、図９に示
したセンサ特性は、以下述べる各実施例についても当て
はまる。
【００２４】〔実施例２〕図３は先記した実施例１の構
造一部を変更した応用実施例を示すものであり、ダイア
フラム３は可動電極部３ｂと周縁部３ａとが同じ肉厚に
作られているのに対して、固定電極基板２のダイアフラ
３との対向面には深さ１〜１０μｍ程度を凹所２ｅを形
成してここに固定電極２ｂを成膜形成し、可動電極部３
ｂとの間に所定の初期ギャップ４を確保するように構成
している。
造一部を変更した応用実施例を示すものであり、ダイア
フラム３は可動電極部３ｂと周縁部３ａとが同じ肉厚に
作られているのに対して、固定電極基板２のダイアフラ
３との対向面には深さ１〜１０μｍ程度を凹所２ｅを形
成してここに固定電極２ｂを成膜形成し、可動電極部３
ｂとの間に所定の初期ギャップ４を確保するように構成
している。
【００２５】〔実施例３〕図４は先記した実施例１の構
成を基本として、ダイアフラム３からの電極引出し構造
を変えた本発明の請求項９に対応する応用実施例を示す
ものである。この実施例においては、固定電極基板２の
周縁一部にダイアフラム３の周縁部３ａの上面に達する
切欠部２ｆを形成するとともに、この切欠部２ｆに露呈
するダイアフラム周縁部３ａの上面に導電膜をメタライ
ズしてワイヤ接続用の電極（ボンディングパッド）３ｄ
を形成し、ここにワイヤ６をボンディングして検出回路
との間の配線を行うようにしている。
成を基本として、ダイアフラム３からの電極引出し構造
を変えた本発明の請求項９に対応する応用実施例を示す
ものである。この実施例においては、固定電極基板２の
周縁一部にダイアフラム３の周縁部３ａの上面に達する
切欠部２ｆを形成するとともに、この切欠部２ｆに露呈
するダイアフラム周縁部３ａの上面に導電膜をメタライ
ズしてワイヤ接続用の電極（ボンディングパッド）３ｄ
を形成し、ここにワイヤ６をボンディングして検出回路
との間の配線を行うようにしている。
【００２６】〔実施例４〕図５は実施例３とさらに異な
る本発明の請求項１０に対応する応用実施例を示すもの
である。この実施例においては、図４における切欠部２
ｆに変えて、固定電極基板２の周縁一部にダイアフラム
３の周縁部３ａに達する可動電極引出し用のスルーホー
ル２ｇを形成するとともに、このスルーホール２ｇの壁
面にダイアフラム３の周縁部上面と電気的に接触し合う
導電膜をメタライズし、かつこの導電膜をガラス基板２
ａの上面側に引出してダイアフラム３の可動電極に対応
するワイヤ接続用の電極２ｈを形成したものである。
る本発明の請求項１０に対応する応用実施例を示すもの
である。この実施例においては、図４における切欠部２
ｆに変えて、固定電極基板２の周縁一部にダイアフラム
３の周縁部３ａに達する可動電極引出し用のスルーホー
ル２ｇを形成するとともに、このスルーホール２ｇの壁
面にダイアフラム３の周縁部上面と電気的に接触し合う
導電膜をメタライズし、かつこの導電膜をガラス基板２
ａの上面側に引出してダイアフラム３の可動電極に対応
するワイヤ接続用の電極２ｈを形成したものである。
【００２７】〔実施例５〕図６は本発明の請求項４に対
応する実施例の構成図であり、図１に示した実施例１の
構成を基本として、固定電極基板２にセラミック基板２
ｉが採用されている。そして、この固定電極基板２とダ
イアフラム３との間を接合するためには、ダイアフラム
３の周縁部３ａの上面にシリコン酸化膜７をあらかじめ
形成しておき、両者を重ね合わせ、真空中で加圧して両
者間を直接接合する。
応する実施例の構成図であり、図１に示した実施例１の
構成を基本として、固定電極基板２にセラミック基板２
ｉが採用されている。そして、この固定電極基板２とダ
イアフラム３との間を接合するためには、ダイアフラム
３の周縁部３ａの上面にシリコン酸化膜７をあらかじめ
形成しておき、両者を重ね合わせ、真空中で加圧して両
者間を直接接合する。
【００２８】なお、シリコン酸化膜による直接接合法
は、ＳＯＩ（Silicon-On-Insulator)ウエハの接合技術
を応用したものである。なお、前記シリコン酸化膜７の
代わりに接合面に低融点ガラスをスパッタして静電接合
することも可能である。 〔実施例６〕図７は固定電極基板にシリコン基板２ｊを
採用し、さらにその上面に導電膜をメタライズしてワイ
ヤ接続用電極（ボンディングパッド）２ｋを形成した本
発明の請求項５，７に対応する実施例を示すものであ
る。
は、ＳＯＩ（Silicon-On-Insulator)ウエハの接合技術
を応用したものである。なお、前記シリコン酸化膜７の
代わりに接合面に低融点ガラスをスパッタして静電接合
することも可能である。 〔実施例６〕図７は固定電極基板にシリコン基板２ｊを
採用し、さらにその上面に導電膜をメタライズしてワイ
ヤ接続用電極（ボンディングパッド）２ｋを形成した本
発明の請求項５，７に対応する実施例を示すものであ
る。
【００２９】この実施例においては、シリコン基板２ｊ
とシリコン製ダイアフラム３との間を接合するために、
シリコン基板２ｊの接合面，およびダイアフラム周縁部
３ａの上面を鏡面に仕上加工した上で、いずれか一方の
接合面にシリコン酸化膜７を形成し、真空中で加圧して
直接接合するものとする。また、ダイアフラム３の可動
電極部３ｂとシリコン基板２との間の対向面に所定のギ
ャップ４を確保するには、前記したシリコン酸化膜７の
膜厚を１〜１０μｍに設定して接合するか、あるいはダ
イアフラム３の可動電極部３ｂを周縁部３ａの高さより
もギャップ４に見合う分だけ低めるようにエッチング加
工を施すことで初期ギャップを精度よく形成できる。
とシリコン製ダイアフラム３との間を接合するために、
シリコン基板２ｊの接合面，およびダイアフラム周縁部
３ａの上面を鏡面に仕上加工した上で、いずれか一方の
接合面にシリコン酸化膜７を形成し、真空中で加圧して
直接接合するものとする。また、ダイアフラム３の可動
電極部３ｂとシリコン基板２との間の対向面に所定のギ
ャップ４を確保するには、前記したシリコン酸化膜７の
膜厚を１〜１０μｍに設定して接合するか、あるいはダ
イアフラム３の可動電極部３ｂを周縁部３ａの高さより
もギャップ４に見合う分だけ低めるようにエッチング加
工を施すことで初期ギャップを精度よく形成できる。
【００３０】上記のようにシリコン基板２ｊを採用する
ことにより、同じ材料で固定電極基板２，およびダイア
フラム３が作製できるほか、固定電極基板２に対して先
記の各実施例のように可動電極部３ｂとの対向面に固定
電極２ｂを形成する必要がなく、その分だけコストが低
減する。なお、図７は相対圧力測定用の圧力センサとし
て、シリコン基板２ｊの中央に大気側に開放した貫通穴
２ｍを開口しているが、図８のように貫通穴のないシリ
コン基板を採用し、かつ固定電極基板２とダイアフラム
３との間のギャップ空間を真空にしてその周縁部を封止
することにより、絶対圧力の測定が行える。
ことにより、同じ材料で固定電極基板２，およびダイア
フラム３が作製できるほか、固定電極基板２に対して先
記の各実施例のように可動電極部３ｂとの対向面に固定
電極２ｂを形成する必要がなく、その分だけコストが低
減する。なお、図７は相対圧力測定用の圧力センサとし
て、シリコン基板２ｊの中央に大気側に開放した貫通穴
２ｍを開口しているが、図８のように貫通穴のないシリ
コン基板を採用し、かつ固定電極基板２とダイアフラム
３との間のギャップ空間を真空にしてその周縁部を封止
することにより、絶対圧力の測定が行える。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、次記の効果を奏する。 １）固定電極基板に対向するダイアフラムを基台上に搭
載し、従来の圧力センサとは逆に、固定電極／可動電極
間のギャップが狭まるように測定圧力をダイアフラムの
背面側から加えるように構成したので、固定電極／可動
電極間の初期容量に対する変化容量の値が高く、これに
より圧力センサとしてのセンサ感度が向上する。
ば、次記の効果を奏する。 １）固定電極基板に対向するダイアフラムを基台上に搭
載し、従来の圧力センサとは逆に、固定電極／可動電極
間のギャップが狭まるように測定圧力をダイアフラムの
背面側から加えるように構成したので、固定電極／可動
電極間の初期容量に対する変化容量の値が高く、これに
より圧力センサとしてのセンサ感度が向上する。
【００３２】２）また、ダイアフラムの可動電極部，薄
肉部をプラズマエッチング法で加工することにより、従
来のウエットエッチング加工に較べて微細なパターンを
高精度で加工できる。 ３）また、固定電極基板の材質，および固定電極基板と
シリコン製のダイアフラムとの接合に関して、請求項３
〜５の各項に記載の構成を採用することにより、固定電
極／可動電極間の初期容量を決定する上で重要なパラメ
ータとなる初期ギャップを高精度に管理できる。
肉部をプラズマエッチング法で加工することにより、従
来のウエットエッチング加工に較べて微細なパターンを
高精度で加工できる。 ３）また、固定電極基板の材質，および固定電極基板と
シリコン製のダイアフラムとの接合に関して、請求項３
〜５の各項に記載の構成を採用することにより、固定電
極／可動電極間の初期容量を決定する上で重要なパラメ
ータとなる初期ギャップを高精度に管理できる。
【００３３】５）さらに、固定電極，可動電極の外部引
出しに関して、請求項６〜１０の各項に記載の構成を採
用することにより、圧力センサの本体と検出回路との間
を接続するワイヤのボンディングが楽に行えるなどの利
点が得られる。
出しに関して、請求項６〜１０の各項に記載の構成を採
用することにより、圧力センサの本体と検出回路との間
を接続するワイヤのボンディングが楽に行えるなどの利
点が得られる。
【図１】本発明の実施例１に対応する静電容量形圧力セ
ンサの構成断面図
ンサの構成断面図
【図２】図１におけるダイアフラムの平面図であり、
（ａ),（ｂ）は可動電極部のパターンが方形状，円形状
である場合の平面図
（ａ),（ｂ）は可動電極部のパターンが方形状，円形状
である場合の平面図
【図３】本発明の実施例２に対応する静電容量形圧力セ
ンサの構成断面図
ンサの構成断面図
【図４】本発明の実施例３に対応する静電容量形圧力セ
ンサの構成断面図
ンサの構成断面図
【図５】本発明の実施例４に対応する静電容量形圧力セ
ンサの構成断面図
ンサの構成断面図
【図６】本発明の実施例５に対応する静電容量形圧力セ
ンサの構成断面図
ンサの構成断面図
【図７】本発明の実施例６に対応する静電容量形圧力セ
ンサの構成断面図
ンサの構成断面図
【図８】図７の応用実施例である絶対圧力測定用圧力セ
ンサの構成断面図
ンサの構成断面図
【図９】本発明の実施例で得られるセンサ特性図
【図１０】従来における静電容量形圧力センサの構成断
面図
面図
【図１１】図１０の構成によるセンサ特性図
１ 基台 ２ 固定電極基板 ２ａ ガラス基板 ２ｂ 固定電極 ２ｄ スルーホール ２ｆ 切欠部 ２ｇ スルーホール ２ｉ セラミック基板 ２ｈ，２ｋ ワイヤ接続用電極（ボンディングパッド） ２ｊ シリコン基板 ３ ダイアフラム ３ａ 周縁部 ３ｂ 可動電極部 ３ｃ 薄肉部 ３ｄ ワイヤ接続用電極（ボンディングパッド） ４ ギャップ ５ 半田 ６ ワイヤ ７ シリコン酸化膜
Claims (10)
- 【請求項１】表面中央に可動電極部を形成したシリコン
のダイアフラムと、該ダイアフラムの可動電極部と微小
ギャップを隔てた対向面に固定電極を形成してダイアフ
ラムの周縁部上面に接合した固定電極基板と、ダイアフ
ラムを搭載してその周縁部下面に接合した基台とからな
り、ダイアフラムを背面側から固定電極基板に向けて加
圧する方向に測定圧力を加え、固定／可動電極間の静電
容量変化を検出して圧力測定を行うことを特徴とする静
電容量形圧力センサ。 - 【請求項２】請求項１記載の圧力センサにおいて、ダイ
アフラムは、シリコン板に厚肉の周縁部を残してその内
側に可動電極部，薄肉部をプラズマエッチングにより形
成したものであることを特徴とする静電容量形圧力セン
サ。 - 【請求項３】請求項１記載の圧力センサにおいて、固定
電極基板が、ガラス基板に導電膜をメタライズして固定
電極を形成したものであり、該固定電極基板とダイアフ
ラムの周縁部との間を静電接合したことを特徴とする静
電容量形圧力センサ。 - 【請求項４】請求項１記載の圧力センサにおいて、固定
電極基板がセラミック基板に導電膜をメタライズして固
定電極を形成したものであり、ダイアフラム周縁部の接
合面にシリコン酸化膜を成膜した上で、前記固定電極基
板とダイアフラムの周縁部との間を静電接合したことを
特徴とする静電容量形圧力センサ。 - 【請求項５】請求項１記載の圧力センサにおいて、固定
電極基板がシリコン基板であり、該固定電極基板とダイ
アフラムの周縁部との間をシリコン酸化膜を介して直接
接合したことを特徴とする静電容量形圧力センサ。 - 【請求項６】請求項３，または４記載の圧力センサにお
いて、固定電極基板に対し固定電極に連ねて導電膜をメ
タライズしたスルーホールを形成し、該スルーホールを
介して固定電極基板の上面側にワイヤ接続用の電極を引
出したことを特徴とする静電容量形圧力センサ。 - 【請求項７】請求項５記載の圧力センサにおいて、固定
電極基板の上面に導電膜をメタライズしてワイヤ接続用
の電極部を形成したことを特徴とする静電容量形圧力セ
ンサ。 - 【請求項８】請求項１記載の圧力センサにおいて、ダイ
アフラムと基台との間を半田接合した上で、この半田層
をダイアフラム側方の基台上に引出して可動電極に対応
するワイヤ接続用の電極を形成したことを特徴とする静
電容量形圧力センサ。 - 【請求項９】請求項３，または４記載の圧力センサにお
いて、固定電極基板の周縁一部にダイアフラムの周縁部
に達する切欠部を形成するとともに、該切欠部に露呈す
るダイアフラムの周縁部に導電膜をメタライズして可動
電極に対応するワイヤ接続用の電極を形成したことを特
徴とする静電容量形圧力センサ。 - 【請求項１０】請求項２，または３記載の圧力センサに
おいて、固定電極基板の一部にダイアフラムの周縁部に
達するスルーホールを形成するとともに、該スルーホー
ルにメタライズした導電膜を基板上面側に引出して可動
電極に対応するワイヤ接続用の電極を形成したことを特
徴とする静電容量形圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2083896A JPH09210824A (ja) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | 静電容量形圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2083896A JPH09210824A (ja) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | 静電容量形圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09210824A true JPH09210824A (ja) | 1997-08-15 |
Family
ID=12038224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2083896A Pending JPH09210824A (ja) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | 静電容量形圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09210824A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002500961A (ja) * | 1998-01-09 | 2002-01-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロメカニックな構造エレメント |
| JP2007508563A (ja) * | 2003-10-15 | 2007-04-05 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 装置、システム及び電気素子 |
| JP2009300098A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Alps Electric Co Ltd | 容量センサ |
| CN104677528A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-06-03 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 一种电容式压力传感器及其制备方法 |
-
1996
- 1996-02-07 JP JP2083896A patent/JPH09210824A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002500961A (ja) * | 1998-01-09 | 2002-01-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロメカニックな構造エレメント |
| JP2007508563A (ja) * | 2003-10-15 | 2007-04-05 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 装置、システム及び電気素子 |
| JP2009300098A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Alps Electric Co Ltd | 容量センサ |
| CN104677528A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-06-03 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 一种电容式压力传感器及其制备方法 |
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