JPH1022512A - 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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- JPH1022512A JPH1022512A JP17118196A JP17118196A JPH1022512A JP H1022512 A JPH1022512 A JP H1022512A JP 17118196 A JP17118196 A JP 17118196A JP 17118196 A JP17118196 A JP 17118196A JP H1022512 A JPH1022512 A JP H1022512A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン基板と絶縁基板とを陽極接合した場
合における熱膨張係数の違いから発生するシリコン基板
のそりによる特性の劣化する問題を解決した高信頼性で
しかも量産性の良い静電容量型圧力センサを提供するこ
とである。 【解決手段】 圧力により変形する可動電極として機能
するダイヤフラム部２３、並びにキャビティ部２４を有
する第１のシリコン基板２１と、キャビティ部２４に連
通する貫通孔３２を有し、且つ一面に絶縁膜２５が形成
され、更に絶縁膜２５上に固定電極２６，２７が形成さ
れ、絶縁膜２５が寄生容量とならないようにした第２の
シリコン基板２２とを、固定電極２６，２７とダイヤフ
ラム部２３間に所定の距離をおいて対向配置させ、接合
してコンデンサ部２８，２９を形成したことを特徴とす
る。
合における熱膨張係数の違いから発生するシリコン基板
のそりによる特性の劣化する問題を解決した高信頼性で
しかも量産性の良い静電容量型圧力センサを提供するこ
とである。 【解決手段】 圧力により変形する可動電極として機能
するダイヤフラム部２３、並びにキャビティ部２４を有
する第１のシリコン基板２１と、キャビティ部２４に連
通する貫通孔３２を有し、且つ一面に絶縁膜２５が形成
され、更に絶縁膜２５上に固定電極２６，２７が形成さ
れ、絶縁膜２５が寄生容量とならないようにした第２の
シリコン基板２２とを、固定電極２６，２７とダイヤフ
ラム部２３間に所定の距離をおいて対向配置させ、接合
してコンデンサ部２８，２９を形成したことを特徴とす
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、ゲージ圧測定用に適した静電容量型
圧力センサに関するものである。
ンサに関し、特に、ゲージ圧測定用に適した静電容量型
圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のゲージ圧測定用の静電容量型圧力
センサの例として、図２に示す圧力センサについて説明
する。図２に示す従来の静電容量型圧力センサは、感圧
コンデンサ部７と基準コンデンサ部８とから構成されて
いる。圧力センサはシリコン基板１とガラス基板２を陽
極接合によりはり合わせる。シリコン基板１には圧力に
応じて変形する可動電極として機能するダイヤフラム部
３、並びにキャビティ部４が形成されている。またシリ
コン基板１にはボロン等の不純物が拡散されていて共通
電極が形成されている。ガラス基板２には固定電極５，
６が形成されるとともに大気導入用貫通孔１４が形成さ
れている。シリコン基板１とガラス基板２とは、固定電
極５及び６が共通電極に対して対向するようにして接着
される。この結果、図示のようにキャビティ部４によっ
て、シリコン基板１とガラス基板２との間に空隙が形成
され、固定電極５及び６に対応して上述の感圧コンデン
サ部７と基準コンデンサ部８が形成される。
センサの例として、図２に示す圧力センサについて説明
する。図２に示す従来の静電容量型圧力センサは、感圧
コンデンサ部７と基準コンデンサ部８とから構成されて
いる。圧力センサはシリコン基板１とガラス基板２を陽
極接合によりはり合わせる。シリコン基板１には圧力に
応じて変形する可動電極として機能するダイヤフラム部
３、並びにキャビティ部４が形成されている。またシリ
コン基板１にはボロン等の不純物が拡散されていて共通
電極が形成されている。ガラス基板２には固定電極５，
６が形成されるとともに大気導入用貫通孔１４が形成さ
れている。シリコン基板１とガラス基板２とは、固定電
極５及び６が共通電極に対して対向するようにして接着
される。この結果、図示のようにキャビティ部４によっ
て、シリコン基板１とガラス基板２との間に空隙が形成
され、固定電極５及び６に対応して上述の感圧コンデン
サ部７と基準コンデンサ部８が形成される。
【０００３】ガラス基板２は、ベース部材としての台座
９上に接着されている。台座９にはリード端子１０が設
けられており、リード端子１０とガラス基板２上の固定
電極５，６、並びに共通電極は、リード線（図示せず）
によって電気的に接続されている。ガラス基板２及び台
座９のそれぞれに、大気導入用貫通孔１４及び１１が形
成されており、これら二つの大気導入用貫通孔１４，１
１は連通している。
９上に接着されている。台座９にはリード端子１０が設
けられており、リード端子１０とガラス基板２上の固定
電極５，６、並びに共通電極は、リード線（図示せず）
によって電気的に接続されている。ガラス基板２及び台
座９のそれぞれに、大気導入用貫通孔１４及び１１が形
成されており、これら二つの大気導入用貫通孔１４，１
１は連通している。
【０００４】そして、台座９と被測定圧力導入用貫通孔
１２を設けたカバー部材としてのキャップ１３とは、超
音波溶着によってシールされる。図２の静電容量型圧力
センサでは、被測定圧力導入用貫通孔１２を通して、圧
力伝達物質により圧力が伝達されて、可動電極として機
能するダイヤフラム部３に圧力が加わると、ダイヤフラ
ム部３は圧力に対応して変形する。ダイヤフラム部３の
変形によって、可動電極としてのダイヤフラム部３と固
定電極５との間のギャップが変化し、感圧コンデンサ部
７の静電容量が大きくなる。一方共通電極と固定電極６
とで構成される基準コンデンサ部８は圧力に関係なく静
電容量が一定である。
１２を設けたカバー部材としてのキャップ１３とは、超
音波溶着によってシールされる。図２の静電容量型圧力
センサでは、被測定圧力導入用貫通孔１２を通して、圧
力伝達物質により圧力が伝達されて、可動電極として機
能するダイヤフラム部３に圧力が加わると、ダイヤフラ
ム部３は圧力に対応して変形する。ダイヤフラム部３の
変形によって、可動電極としてのダイヤフラム部３と固
定電極５との間のギャップが変化し、感圧コンデンサ部
７の静電容量が大きくなる。一方共通電極と固定電極６
とで構成される基準コンデンサ部８は圧力に関係なく静
電容量が一定である。
【０００５】感圧コンデンサ部７と基準コンデンサ部８
の静電容量を差動検出或いは容量比で検出することによ
り圧力を知ることができる。
の静電容量を差動検出或いは容量比で検出することによ
り圧力を知ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】静電容量型圧力センサ
は、固定電極と共通電極とのギャップにより、静電容量
を形成する機構になっているが、シリコン基板とガラス
基板を３００〜４５０℃で陽極接合した時、それぞれの
材料の熱膨張係数の違いにより、シリコン基板とガラス
基板が合成された後そりが発生するため、シリコン基板
のダイヤフラム部に残留応力が残り、感度のばらつきや
温度ドリフトの原因となり、特性劣化を起こすといった
欠点があった。
は、固定電極と共通電極とのギャップにより、静電容量
を形成する機構になっているが、シリコン基板とガラス
基板を３００〜４５０℃で陽極接合した時、それぞれの
材料の熱膨張係数の違いにより、シリコン基板とガラス
基板が合成された後そりが発生するため、シリコン基板
のダイヤフラム部に残留応力が残り、感度のばらつきや
温度ドリフトの原因となり、特性劣化を起こすといった
欠点があった。
【０００７】またシリコン基板とガラス基板の陽極接合
の構造では、ウエファを切断するときのスピードを極端
に遅くする必要があり、量産性が悪いという問題があっ
た。本発明の目的は前述のような熱膨張係数の違いから
発生するシリコン基板のそりによる特性の劣化する問題
を解決した高信頼性でしかも量産性の良い静電容量型圧
力センサを提供することである。
の構造では、ウエファを切断するときのスピードを極端
に遅くする必要があり、量産性が悪いという問題があっ
た。本発明の目的は前述のような熱膨張係数の違いから
発生するシリコン基板のそりによる特性の劣化する問題
を解決した高信頼性でしかも量産性の良い静電容量型圧
力センサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧力に
より変形する可動電極として機能するダイヤフラム部、
並びにキャビティ部を有する第１のシリコン基板と、前
記キャビティ部に連通する貫通孔を有し、且つ一面に絶
縁膜が形成され、更に該絶縁膜上に固定電極が形成さ
れ、前記絶縁膜が寄生容量とならないようにした第２の
シリコン基板とを、前記固定電極と前記ダイヤフラム部
間に所定の距離をおいて対向配置させ、接合してコンデ
ンサ部を形成したことを特徴とする静電容量型圧力セン
サが得られる。
より変形する可動電極として機能するダイヤフラム部、
並びにキャビティ部を有する第１のシリコン基板と、前
記キャビティ部に連通する貫通孔を有し、且つ一面に絶
縁膜が形成され、更に該絶縁膜上に固定電極が形成さ
れ、前記絶縁膜が寄生容量とならないようにした第２の
シリコン基板とを、前記固定電極と前記ダイヤフラム部
間に所定の距離をおいて対向配置させ、接合してコンデ
ンサ部を形成したことを特徴とする静電容量型圧力セン
サが得られる。
【０００９】また、本発明によれば、前記第２のシリコ
ン基板の固定電極が形成された面と反対側面から異方性
エッチングにより、前記第２のシリコン基板の前記固定
電極が形成されている部分の外周りに溝を形成すること
により前記絶縁膜が寄生容量とならないようにしたこと
を特徴とする静電容量型圧力センサが得られる。
ン基板の固定電極が形成された面と反対側面から異方性
エッチングにより、前記第２のシリコン基板の前記固定
電極が形成されている部分の外周りに溝を形成すること
により前記絶縁膜が寄生容量とならないようにしたこと
を特徴とする静電容量型圧力センサが得られる。
【００１０】更に、本発明によれば、前記溝にガラスや
高分子材料等の絶縁物を充填したことを特徴とする静電
容量型圧力センサが得られる。
高分子材料等の絶縁物を充填したことを特徴とする静電
容量型圧力センサが得られる。
【００１１】
【作用】絶縁基板としてガラス基板の代わりにガラスを
充填した溝等絶縁性の溝を形成した第２のシリコン基板
を用いる構造としたことにより、ダイヤフラム部を有す
る第１のシリコン基板と、絶縁基板としての第２のシリ
コン基板を接着することができ、この結果、熱膨張係数
を一致させることができるので、第１のシリコン基板に
そりが発生せず、静電容量型圧力センサの特性を向上さ
せ信頼性を上げることができる。またシリコン基板だけ
を用いることにより、ウエファを切断する時間も短くで
き、量産性の優れた静電容量型圧力センサを提供するこ
とができる。
充填した溝等絶縁性の溝を形成した第２のシリコン基板
を用いる構造としたことにより、ダイヤフラム部を有す
る第１のシリコン基板と、絶縁基板としての第２のシリ
コン基板を接着することができ、この結果、熱膨張係数
を一致させることができるので、第１のシリコン基板に
そりが発生せず、静電容量型圧力センサの特性を向上さ
せ信頼性を上げることができる。またシリコン基板だけ
を用いることにより、ウエファを切断する時間も短くで
き、量産性の優れた静電容量型圧力センサを提供するこ
とができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に関わる静電容量型圧力セ
ンサの一実施形態について、図面に基づき説明する。図
１は本発明の一実施形態である静電容量型圧力センサの
構造を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
図１に示す静電容量型圧力センサは、第１（上部）のシ
リコン基板２１に、圧力により変形する可動電極として
のダイヤフラム２３部、並びにキャビティ部２４が形成
されている。第１のシリコン基板２１にはボロン等の不
純物が拡散されていて共通電極（図示せず）が形成され
ている。もう一方の第２（下部）のシリコン基板２２の
上面にはスパッタ等により絶縁膜としての酸化膜２５が
形成され、その上に固定電極２６及び２７が形成されて
いる。また第２のシリコン基板２２の固定電極２６，２
７が形成された面とは反対側の面から、固定電極２６及
び２７を取り囲むように異方性エッチングにより溝３０
が形成されている。この溝３０を形成する時、第２のシ
リコン基板２２の上面の酸化膜２５はエッチストップと
なり残留する。この第２のシリコン基板２２の場合、溝
３０の表面はシリコンであり、他の部分は酸化膜で覆わ
れている。溝３０の中にガラスを充填するのに、鉛系又
は亜鉛系のパシベーション用ガラスを溶媒に溶かし、溝
３０のシリコン表面部と溶媒間に直流電圧を印加して、
溝３０の中に付着させる電気泳動付着法にて行う。ガラ
ス付着後焼成を行いガラス充填部３１を形成する。その
後大気導入用貫通孔３２を形成するのに、第２のシリコ
ン基板２２の所定の位置から異方性エッチングにより行
う。最後に第１のシリコン基板２１と第２のシリコン基
板２２とを直接接合により接着すると、第１のシリコン
基板２１の共通電極と固定電極２６及び２７の間にそれ
ぞれ感圧コンデンサ部２８及び基準コンデンサ部２９が
形成される。高温で直接接合を行っても、第１のシリコ
ン基板２１と第２のシリコン基板２２の熱膨張係数は等
しいので、室温に戻ってもそりもなく、残留応力が残ら
ない。この後の製造工程及び動作は従来の技術と同様で
ある。
ンサの一実施形態について、図面に基づき説明する。図
１は本発明の一実施形態である静電容量型圧力センサの
構造を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
図１に示す静電容量型圧力センサは、第１（上部）のシ
リコン基板２１に、圧力により変形する可動電極として
のダイヤフラム２３部、並びにキャビティ部２４が形成
されている。第１のシリコン基板２１にはボロン等の不
純物が拡散されていて共通電極（図示せず）が形成され
ている。もう一方の第２（下部）のシリコン基板２２の
上面にはスパッタ等により絶縁膜としての酸化膜２５が
形成され、その上に固定電極２６及び２７が形成されて
いる。また第２のシリコン基板２２の固定電極２６，２
７が形成された面とは反対側の面から、固定電極２６及
び２７を取り囲むように異方性エッチングにより溝３０
が形成されている。この溝３０を形成する時、第２のシ
リコン基板２２の上面の酸化膜２５はエッチストップと
なり残留する。この第２のシリコン基板２２の場合、溝
３０の表面はシリコンであり、他の部分は酸化膜で覆わ
れている。溝３０の中にガラスを充填するのに、鉛系又
は亜鉛系のパシベーション用ガラスを溶媒に溶かし、溝
３０のシリコン表面部と溶媒間に直流電圧を印加して、
溝３０の中に付着させる電気泳動付着法にて行う。ガラ
ス付着後焼成を行いガラス充填部３１を形成する。その
後大気導入用貫通孔３２を形成するのに、第２のシリコ
ン基板２２の所定の位置から異方性エッチングにより行
う。最後に第１のシリコン基板２１と第２のシリコン基
板２２とを直接接合により接着すると、第１のシリコン
基板２１の共通電極と固定電極２６及び２７の間にそれ
ぞれ感圧コンデンサ部２８及び基準コンデンサ部２９が
形成される。高温で直接接合を行っても、第１のシリコ
ン基板２１と第２のシリコン基板２２の熱膨張係数は等
しいので、室温に戻ってもそりもなく、残留応力が残ら
ない。この後の製造工程及び動作は従来の技術と同様で
ある。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
絶縁基板としてガラス基板の代わりにガラスを充填した
溝等絶縁性の溝を形成した第２のシリコン基板を用い
て、ダイヤフラム部を有する第１のシリコン基板と第２
のシリコン基板を接着する構造にしたことにより、熱膨
張係数を一致させることができるので、シリコン基板に
そりが発生せず、残留応力もなく、感度のばらつきや温
度ドリフト等の特性も向上させ信頼性を上げることがで
きる。またシリコン基板だけを用いることにより、ウエ
ファを切断する時間も短くでき、量産性に優れていると
いう効果がある。
絶縁基板としてガラス基板の代わりにガラスを充填した
溝等絶縁性の溝を形成した第２のシリコン基板を用い
て、ダイヤフラム部を有する第１のシリコン基板と第２
のシリコン基板を接着する構造にしたことにより、熱膨
張係数を一致させることができるので、シリコン基板に
そりが発生せず、残留応力もなく、感度のばらつきや温
度ドリフト等の特性も向上させ信頼性を上げることがで
きる。またシリコン基板だけを用いることにより、ウエ
ファを切断する時間も短くでき、量産性に優れていると
いう効果がある。
【図１】本発明の一実施形態による静電容量型圧力セン
サを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
サを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】図２は従来の静電容量型圧力センサの一例の断
面図である。
面図である。
２１ 第１のシリコン基板 ２２ 第２のシリコン基板 ２３ ダイヤフラム部 ２４ キャビティ部 ２５ 酸化膜（絶縁膜） ２６ 固定電極 ２７ 固定電極 ２８ 感圧コンデンサ部 ２９ 基準コンデンサ部 ３０ 溝 ３１ ガラス充填部 ３２ 大気導入用貫通孔
Claims (3)
- 【請求項１】 圧力により変形する可動電極として機能
するダイヤフラム部、並びにキャビティ部を有する第１
のシリコン基板と、前記キャビティ部に連通する貫通孔
を有し、且つ一面に絶縁膜が形成され、更に該絶縁膜上
に固定電極が形成され、前記絶縁膜が寄生容量とならな
いようにした第２のシリコン基板とを、前記固定電極と
前記ダイヤフラム部間に所定の距離をおいて対向配置さ
せ、接合してコンデンサ部を形成したことを特徴とする
静電容量型圧力センサ。 - 【請求項２】 前記第２のシリコン基板の固定電極が形
成された面と反対側面から異方性エッチングにより、前
記第２のシリコン基板の前記固定電極が形成されている
部分の外周りに溝を形成することにより前記絶縁膜が寄
生容量とならないようにしたことを特徴とする請求項１
記載の静電容量型圧力センサ。 - 【請求項３】 前記溝にガラスや高分子材料等の絶縁物
を充填したことを特徴とする請求項２記載の静電容量型
圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17118196A JPH1022512A (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 静電容量型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17118196A JPH1022512A (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 静電容量型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1022512A true JPH1022512A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=15918512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17118196A Withdrawn JPH1022512A (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 静電容量型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1022512A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009116733A3 (ko) * | 2008-03-20 | 2009-11-26 | 주식회사 미코엠에스티 | 용량형 압력센서 및 그의 제조방법 |
| WO2011087217A3 (ko) * | 2010-01-12 | 2011-11-10 | (주)유니크코리아엔아이 | 정전용량형 압력센서 및 그 제조방법 |
| JP2013103285A (ja) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Toshiba Corp | Ｍｅｍｓ素子 |
| WO2025044043A1 (zh) * | 2023-08-31 | 2025-03-06 | 芯跳科技(广州)有限公司 | 一种触力传感器及其制作方法 |
-
1996
- 1996-07-01 JP JP17118196A patent/JPH1022512A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009116733A3 (ko) * | 2008-03-20 | 2009-11-26 | 주식회사 미코엠에스티 | 용량형 압력센서 및 그의 제조방법 |
| KR101015544B1 (ko) * | 2008-03-20 | 2011-02-16 | (주)미코엠에스티 | 용량형 압력센서 및 그의 제조방법 |
| WO2011087217A3 (ko) * | 2010-01-12 | 2011-11-10 | (주)유니크코리아엔아이 | 정전용량형 압력센서 및 그 제조방법 |
| JP2013103285A (ja) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Toshiba Corp | Ｍｅｍｓ素子 |
| WO2025044043A1 (zh) * | 2023-08-31 | 2025-03-06 | 芯跳科技(广州)有限公司 | 一种触力传感器及其制作方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030902 |