JPS6256604B2

JPS6256604B2 -

Info

Publication number: JPS6256604B2
Application number: JP1908781A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Shimada; Masanori Tanabe; Motohisa Nishihara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1981-02-13
Publication date: 1987-11-26
Also published as: JPS57134805A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電気絶縁材料と電気絶縁材料を陽極
接合法により接合する方法に関する。

従来、導体あるいは半導体材料と絶縁材料とを
接合する手段として、陽極接合法が知られてい
る。この陽極接合法は、両部材の接合面を平坦に
し、加熱状態下で電圧を印加することによつて両
部材を接合することができる。すなわち、接着剤
を用いずに接合できるため、接合工程を大幅に短
縮できる利点がある。

しかしながら、この陽極接合法は、一方が絶縁
材料、他方が導体あるいは半導体材料でなければ
ならず、絶縁材料と絶縁材料を陽極接合すること
は不可能であつた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、絶縁材料と絶縁材料の陽極接合を可能とす
る陽極接合法を提供するにある。

このため本発明は、一方の絶縁材料の表面に正
イオンを注入し、この正イオンの注入された面を
介して他方の絶縁材料を密接に接触させ、加熱状
態下で絶縁材料に電圧を印加し、陽極接合するよ
うにしたものである。絶縁材料としては、加熱状
態下で電圧を印加するとわずかに導電性になりそ
の表面に負イオンが存在するものであればよく、
例えばガラス、水晶、セラミツクスなどがあげら
れる。また、一方の絶縁材料の表面に注入される
正イオンとしては、金属ボロン、クロムなどがあ
げられる。絶縁材料の加熱温度、印加電圧は、絶
縁材料の種類により最適条件が存在するが、一般
に加熱温度は数百℃、印加電圧は数百〜千Ｖ程度
である。

以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図は、絶縁材料と絶縁材料を陽極接合する
原理図を示すものである。第１図において、ガラ
スからなる第１の絶縁材料２と、全く同じ材質の
絶縁材料からなる第２の絶縁材料は、その接触面
が平坦になる如く加工され、両者が密接に接触し
て配置されている。第１の絶縁材料２の第２の絶
縁材料４に接触する面には、金属ボロンの注入さ
れた正イオンが存在する拡散層６が形成されてい
る。拡散層６は、第１の絶縁材料２の表面に金属
ボロンを蒸着後、加熱して拡散せしめられ形成さ
れる。かかる状態で第１の絶縁材料２に正電位、
第２の絶縁材料４に負電位を接続し、300〜400℃
の温度で500〜1000Vの直流電圧を数分間印加す
る。この結果、第２の絶縁材料４の第１の絶縁材
料２に接触する面には、ガラス中の負イオン、す
なわちO^-が集まり、この負イオンと第１の絶縁
材料２の拡散層６の正イオンとのイオン間結合に
より両者が接合される。正イオンを注入するのは
どちらの絶縁材料でもよいが、正イオンの注入さ
れた絶縁材料を正電位にする必要がある。また、
電源としては交流、直流いずれも可能であるが、
交流の場合は正の半波のみが有効に作用する。

このように、本発明によれば絶縁材料の陽極接
合が可能になるが、特に全く同じ材質の２つの絶
縁材料を陽極接合すれば、その接合物は一体物と
何等変わるところはなく、熱歪等の問題は生じな
い。

第２図は、第１図で説明した拡散層の形成方法
を示すものである。第２図において、(a)絶縁材料
２のイオンを注入したくない領域に金属マスク
（あるいはホトレジスト膜）８を蒸着する（全面
打込みの場合は不要）。(b)次に、数100KeVの加速
エネルギーを与え、例えば金属ボロンのイオンビ
ームを走査し、絶縁材料２の表面層に打込み拡散
層６を形成する。打込み深さは加速エネルギーと
材料によつて異なるが、一般に0.1〜２μｍの値
でよい。(c)イオン打込み終了後金属マスク８を除
去し、絶縁材料を真空炉内で1000℃前後の温で数
10分間加熱する。真空炉内で加熱することによ
り、絶縁材料の表面に酸化膜が形成されず、しか
も拡散層６を深くするとともに打込まれたイオン
と絶縁材料との交換をスムーズに行わせ、打込時
に生じた絶縁材料の欠陥を緩和させることができ
る。

第３図は、本発明を静電容量式センサーに適用
した例を示す図である。第３図において、静電容
量式センサーは、その一方の面に拡散層１０を有
するダイアフラム１２と、固定電極１４を有し、
ダイアフラム１２を支持する基台１６とから構成
されている。ダイアフラム１２は、ガラス、水
晶、あるいはセラミツクスなどの絶縁材料からな
り、他方の面に凹欠部１８が設けられ、薄肉の可
撓部２０が形成されている。拡散層１０は、ダイ
アフラム１２の一方の面に金属ボロン、クロムな
どが注入されて形成されており、可撓部２０に対
応する部分の拡散層が可動電極として作用し、そ
れ以外の部分が可動電極からの出力信号の取り出
しおよび基台１６との陽極接合のために用いられ
ている。基台１６は、ダイアフラム１２と全く同
じ材質の絶縁材料が用いられており、そのほぼ中
央に導圧口２２が設けられている。また、ダイア
フラム１２の可撓部２０に対向する部分に凹欠部
２４が設けられ、この凹欠部２４に固定電極１４
が設けられ、可動電極（拡散層１０の一部）との
間にギヤツプが形成されている。２６は可動電極
からの出力を取り出すための電極である。

かかる構成の圧力センサーにおいて、ダイアフ
ラム１２の一方の面にP₁の圧力を有する流体と、
他方の面のP₂の圧力を有する流体が作用すると、
ダイアフラム１２の可撓部２０は両流体の圧力差
｜P₁−P₂｜に応じてどちらか一方に変位する。こ
れに伴なつて、固定電極１４と可動電極との間の
ギヤツプが変化し、このギヤツプの変化が両電極
間の静電容量の変化として表われ、この変化量か
ら両流体の圧力差を測定することができる。

この実施例においては、ダイアフラム１２およ
び基台１６が同一の絶縁材料で、陽極接合法によ
り接合されているため、周囲温度の変化によるダ
イアフラム１２と基台１６間の熱歪がない。した
がつて、固定電極１４と可動電極間のギヤツプを
常に一定に保つことができ、安定性に優れた静電
容量式圧力センサーを得ることができる。

第４図は、他の型式の静電容量式圧力センサー
に適用した例を示す図である。この静電容量式セ
ンサーは、２つの基台１６Ａ，１６Ｂによりダイ
アフラム１２をサンドイツチ状に挾み込んだもの
である。ダイアフラム１２および２つの基台１６
Ａ，１６Ｂは同一の材質の絶縁材料（ガラス、水
晶、セラミツクスなど）から構成されている。ダ
イアフラム１２は、基台１６Ａ，１６Ｂとの間に
それぞれギヤツプを形成すべく薄肉の可撓部２０
と厚肉の固定部とから構成され、両面全面にわた
つて金属の正イオンが注入された拡散層１０Ａ，
１０Ｂが形成されている。この拡散層１０Ａ，１
０Ｂは第２図の場合と同様、可撓部２０の部分が
可動電極、固定部の部分が可動電極からの出力信
号取り出しおよび基台１６Ａ，１６Ｂとの陽極接
合のために用いられている。基台１６Ａ，１６Ｂ
には、ギヤツプに連通する導圧口２２Ａ，２２Ｂ
が形成され、可動電極に対向する部分に固定電極
１４Ａ，１４Ｂが設けられている。

第５図は、絶対圧測定用の圧力センサーに適用
した例を示す図である。ダイアフラム１２は、全
体が薄い絶縁材料から構成されており、一方の面
に拡散層１０が形成されている。基台１６には、
ダイアフラム１２との間にギヤツプを形成すべく
凹欠部２４が設けられ、この凹欠部２４に固定電
極１４が設けられている。ダイアフラム１２と基
台１０とは陽極接合法により接合され、両者間の
ギヤツプは真空に保持されている。

第６図は、本発明はピエゾ抵抗型圧力センサー
に適用した例を示す図である。第５図において、
ピエゾ抵抗型圧力センサーは、その一方の面にピ
エゾ抵抗素子３０を有するダイアフラム３２と、
このダイアフラム３２を支持する基台３４とから
構成されている。ダイアフラム３２は、ガラス、
水晶、あるいはセラミツクスなどの絶縁材料から
なり、他方の面に凹欠部３６が設けられ、薄肉の
可撓部３８が形成されている。ピエゾ抵抗素子３
０はこの可撓部３８上に位置するように設けられ
るもので、ダイアフラム３２に蒸着法または気相
生長法により形成されている。また、ダイアフラ
ム３２の一方の面には、ピエゾ抵抗素子３０の安
定化を図るための酸化シリコンまたはダイアフラ
ム３２と同様の材質からなる保護膜４０、および
ピエゾ抵抗素子３０からの出力信号を取り出す電
極４２が設けられている。ダイアフラム３２の他
方の面には、凹欠部３６以外の部分に金属ボロ
ン、クロムなどが注入された拡散層４４が形成さ
れており、基台３４と陽極接合法により接合され
ている。基台３４は、ダイアフラム３２と全く同
じ材質の絶縁材料から構成されており、そのほぼ
中央に凹欠部３６に連通する導圧口４６が設けら
れている。

かかる構成の圧力センサーにおいて、ダイアフ
ラム３２の一方の面にP₁の圧力を有する流体と、
他方の面にP₂の圧力を有する流体が作用すると、
ダイアフラム３２の可撓部３８は両流体の圧力差
｜P₁−P₂｜に応じてどちらか一方の変位する。こ
れに伴なつて可撓部３８上に設けられたピエゾ抵
抗素子３０も変形し、ピエゾ抵抗素子３０の抵抗
値が変化する。この結果、ピエゾ抵抗素子３０か
らの出力も変化し、この変化量から両流体の圧力
差を測定することができる。

この実施例においては、ピエゾ抵抗素子３０が
絶縁材料上に形成されるため、ピエゾ抵抗素子３
０の絶縁が完全に確保される。従来、この種圧力
センサーは、ダイアフラムがシリコン等の半導体
で構成され、シリコンダイアフラムの可撓部にピ
エゾ抵抗素子を拡散法等により形成し、pn接合
による絶縁によつてその抵抗値を確保していた
が、温度が300℃以上になると絶縁を十分に保て
なくなり特性が劣化していた。これに対しこの実
施例では、pn接合がなく、しかも絶縁材料上に
形成されているため、温度上昇による絶縁劣化の
問題も解決できる。なお、ピエゾ抵抗素子とダイ
アフラムとは、温度上昇の際材質の違い、すなわ
ち熱膨張係数の差に基づく熱歪の発生が考えられ
るが、ピエゾ抵抗素子は気相生長法によつて形成
されているため、ダイアフラムの厚さの１／数十
の厚さに形成でき、熱歪の影響をほとんど受けな
いようにできる。

以上、本発明によれば、一方の絶縁材料に正イ
オンを注入するだけで、絶縁材料の陽極接合を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す図、第２図は拡散
層の製造プロセスを説明する図、第３図乃至第５
図は本発明を適用した静電容量式センサーの断面
図、第６図は本発明を適用したピエゾ抵抗型圧力
センサーの断面図である。２……第１の絶縁材料、４……第２の絶縁材
料、６，１０……拡散層、１２……ダイアフラ
ム、１４……固定電極、１６……基台、１８，２
４……凹欠部、２０……可撓部、２２……導圧
口。

Claims

【特許請求の範囲】１加熱状態下で電圧を印加するとわずかに導電
性になる第１の絶縁材料の表面に正イオンを注入
し、この正イオンが注入された面に加熱状態下で
電圧を印加するとわずかに導電性になる第２の絶
縁材料を密接に接触させ、前記第１および第２の
絶縁材料を軟化点以下の温度に加熱した状態で電
圧を印加し接合するようにしたことを特徴とする
絶縁材料の接合法。２特許請求の範囲第１項記載において、前記第
１の絶縁材料の表面に金属を蒸着させ、その後加
熱して前記第１の絶縁材料の表面に正イオンを注
入するようにしたことを特徴とする絶縁材料の接
合法。