JPH06148016A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents
静電容量型圧力センサInfo
- Publication number
- JPH06148016A JPH06148016A JP29563292A JP29563292A JPH06148016A JP H06148016 A JPH06148016 A JP H06148016A JP 29563292 A JP29563292 A JP 29563292A JP 29563292 A JP29563292 A JP 29563292A JP H06148016 A JPH06148016 A JP H06148016A
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- JP
- Japan
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- pressure
- diaphragm
- pressure sensor
- sensor
- sensor chip
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 動作レンジ等の仕様変更が容易でしかも種々
の媒体中で使用できる静電容量型圧力センサを提供す
る。 【構成】 固定電極１４ａを有するガラス基板１５ａと
シリコンダイアフラム１１ａを有するシリコン基板１３
ａとによってセンサチップ２６ａが構成され、シリコン
ダイアフラムと固定電極とはギャップをおいて互いに対
向している。このセンサチップは封止筐体内配置され、
筐体の一部は圧力に応じて変形する金属製ダイアフラム
１９ａで構成されており、筐体内には非腐食性液体又は
不活性ガスが充填されている。動作レンジを変える際に
は、金属製ダイアフラムの厚さを変えるのみでよく、し
かも金属製ダイアフラムに印加された圧力は不活性ガス
等を介してシリコンダイアフラムに伝えられるから、液
体中等においても使用できる。
の媒体中で使用できる静電容量型圧力センサを提供す
る。 【構成】 固定電極１４ａを有するガラス基板１５ａと
シリコンダイアフラム１１ａを有するシリコン基板１３
ａとによってセンサチップ２６ａが構成され、シリコン
ダイアフラムと固定電極とはギャップをおいて互いに対
向している。このセンサチップは封止筐体内配置され、
筐体の一部は圧力に応じて変形する金属製ダイアフラム
１９ａで構成されており、筐体内には非腐食性液体又は
不活性ガスが充填されている。動作レンジを変える際に
は、金属製ダイアフラムの厚さを変えるのみでよく、し
かも金属製ダイアフラムに印加された圧力は不活性ガス
等を介してシリコンダイアフラムに伝えられるから、液
体中等においても使用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静電容量型圧力センサに
関し、特に、シリコン基板とガラス基板とにそれぞれ電
極を成形して各電極面を対向させてシリコン基板とガラ
ス基板とを接合した静電容量型圧力センサに関する。
関し、特に、シリコン基板とガラス基板とにそれぞれ電
極を成形して各電極面を対向させてシリコン基板とガラ
ス基板とを接合した静電容量型圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の静電容量型圧力センサとして一
般に図２（ａ）及び（ｂ）に示す圧力センサが知られて
いる。
般に図２（ａ）及び（ｂ）に示す圧力センサが知られて
いる。
【０００３】まず、図２（ａ）を参照して、図示の圧力
センサは所謂絶対圧用圧力センサであって、シリコン基
板３３ａには圧力に応じて変形するダイヤフラム部３１
ａが形成され、ガラス基板３５ａ上には固定電極３４ａ
が形成されている。図示のようにシリコン基板３３ａと
ガラス基板３５ａとはその一部分において接合されてお
り、これによって、ダイヤフラム部３１ａの下側にはキ
ャビティー部３２ａが形成されることになる。
センサは所謂絶対圧用圧力センサであって、シリコン基
板３３ａには圧力に応じて変形するダイヤフラム部３１
ａが形成され、ガラス基板３５ａ上には固定電極３４ａ
が形成されている。図示のようにシリコン基板３３ａと
ガラス基板３５ａとはその一部分において接合されてお
り、これによって、ダイヤフラム部３１ａの下側にはキ
ャビティー部３２ａが形成されることになる。
【０００４】これらシリコン基板３３ａ及びガラス基板
３５ａによってセンサチップ４６ａが構成され、センサ
チップ４６ａはガラス基板３５ａによって台座３７ａ上
に接着されている。台座３７ａにはリード端子３６ａが
配設されており、リード端子３６ａと固定電極３４ａと
はリードワイヤ３８ａによって電気的に接続されてい
る。
３５ａによってセンサチップ４６ａが構成され、センサ
チップ４６ａはガラス基板３５ａによって台座３７ａ上
に接着されている。台座３７ａにはリード端子３６ａが
配設されており、リード端子３６ａと固定電極３４ａと
はリードワイヤ３８ａによって電気的に接続されてい
る。
【０００５】センサチップ４６ａには横穴３９ａが設け
られ、これによって固定電極３４ａが外部に引き出され
る。その後、キャビティー３２ａとセンサチップ外部４
０ａとを隔離するため、横穴３９ａは封止剤４１ａによ
って封止される。そして、台座３７ａには圧力導入穴４
２ａを有するキャップ４３ａが配置され、台座３７ａと
キャップ４３ａとはハーメチックシールによってシール
される。
られ、これによって固定電極３４ａが外部に引き出され
る。その後、キャビティー３２ａとセンサチップ外部４
０ａとを隔離するため、横穴３９ａは封止剤４１ａによ
って封止される。そして、台座３７ａには圧力導入穴４
２ａを有するキャップ４３ａが配置され、台座３７ａと
キャップ４３ａとはハーメチックシールによってシール
される。
【０００６】図示の絶対圧用圧力センサでは、ダイアフ
ラム部３１ａに圧力が加わると、圧力の大きさに応じて
ダイアフラム部３１ａが変形する。ダイアフラム部３１
ａの変形によって、ダイアフラム部３１ａと固定電極３
４ａとの間のギャップが変化することになる。ここで、
ダイアフラム部３１ａと固定電極３４ａとの間には、Ｃ
＝ξ（Ａ／ｄ）の関係がある。なお、Ｃ：静電容量、
ξ：空気の誘電率、Ａ：電極面積：ｄ：電極間ギャップ
である。
ラム部３１ａに圧力が加わると、圧力の大きさに応じて
ダイアフラム部３１ａが変形する。ダイアフラム部３１
ａの変形によって、ダイアフラム部３１ａと固定電極３
４ａとの間のギャップが変化することになる。ここで、
ダイアフラム部３１ａと固定電極３４ａとの間には、Ｃ
＝ξ（Ａ／ｄ）の関係がある。なお、Ｃ：静電容量、
ξ：空気の誘電率、Ａ：電極面積：ｄ：電極間ギャップ
である。
【０００７】従って、ギャップの変化によって静電容量
が変化することになり、さらに、圧力とギャップとの間
には一定の相関関係があるから、静電容量を検出するこ
とによって圧力を知ることができる。
が変化することになり、さらに、圧力とギャップとの間
には一定の相関関係があるから、静電容量を検出するこ
とによって圧力を知ることができる。
【０００８】図２（ｂ）に示す圧力センサは所謂ゲージ
圧用圧力センサであり、その基本的構造は図２（ａ）で
説明した絶対圧用圧力センサーと同様である（なお、図
２（ｂ）においては、図２（ａ）と同様の構成要素につ
いてはアルファベットをａからｂとして同一の参照番号
を付す）。図２（ａ）に示す圧力センサと異なる点は、
センサチップ４６ｂを構成するガラス基板３５ｂ及びセ
ンサチップ４６ｂが配置された台座３７ｂに大気導入用
貫通孔４４ｂ及び４５ｂが形成されている点である。な
お、図２（ｂ）に示す圧力センサの動作は図２（ａ）に
示す圧力センサの動作とほぼ同様であるのでここでは説
明を省略する。
圧用圧力センサであり、その基本的構造は図２（ａ）で
説明した絶対圧用圧力センサーと同様である（なお、図
２（ｂ）においては、図２（ａ）と同様の構成要素につ
いてはアルファベットをａからｂとして同一の参照番号
を付す）。図２（ａ）に示す圧力センサと異なる点は、
センサチップ４６ｂを構成するガラス基板３５ｂ及びセ
ンサチップ４６ｂが配置された台座３７ｂに大気導入用
貫通孔４４ｂ及び４５ｂが形成されている点である。な
お、図２（ｂ）に示す圧力センサの動作は図２（ａ）に
示す圧力センサの動作とほぼ同様であるのでここでは説
明を省略する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量型圧力
センサでは、被測定圧力を伝達する媒体がダイアフラム
部及びリードワイヤー等に直接接触する構造であるか
ら、信頼性等を考慮すると、媒体は非腐食気体等に限定
されてしまう。
センサでは、被測定圧力を伝達する媒体がダイアフラム
部及びリードワイヤー等に直接接触する構造であるか
ら、信頼性等を考慮すると、媒体は非腐食気体等に限定
されてしまう。
【００１０】加えて、動作レンジが異なる圧力センサを
作製する際には、シリコン基板上のダイアフラム部の大
きさ及び厚さを変更する必要がある。このため、ダイア
フラム部の設計及び作製工程等を変更しなければなら
ず、作製時間等がアップするばかりでなくコストアップ
となってしまうという問題点がある。
作製する際には、シリコン基板上のダイアフラム部の大
きさ及び厚さを変更する必要がある。このため、ダイア
フラム部の設計及び作製工程等を変更しなければなら
ず、作製時間等がアップするばかりでなくコストアップ
となってしまうという問題点がある。
【００１１】本発明の目的は被測定圧力伝達のための媒
体が非腐食気体に限られず、しかも動作レンジ等の仕様
変更が容易な静電容量型圧力センサを提供することにあ
る。
体が非腐食気体に限られず、しかも動作レンジ等の仕様
変更が容易な静電容量型圧力センサを提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電極部
が形成された第１の基板と、圧力に応じて変形するダイ
アフラム部が形成された第２の基板とを有し前記ダイア
フラム部と前記電極部とがギャップをおいて互いに対向
する関係となるように前記第１及び前記第２の基板とが
接合されたセンサチップを備え、前記ダイアフラム部に
加わる圧力に応じて前記ギャップ幅を変化させて該ギャ
ップ幅の変化による前記ダイアフラム部と前記電極部と
の間の静電容量の変化によって前記圧力を検出するよう
にした静電容量型圧力センサにおいて、前記センサチッ
プは封止筐体内配置され、該筐体の一部は圧力に応じて
変形するサブダイアフラム部で構成されており、前記筐
体内には非腐食性液体又は不活性ガスが充填されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサが得られる。
が形成された第１の基板と、圧力に応じて変形するダイ
アフラム部が形成された第２の基板とを有し前記ダイア
フラム部と前記電極部とがギャップをおいて互いに対向
する関係となるように前記第１及び前記第２の基板とが
接合されたセンサチップを備え、前記ダイアフラム部に
加わる圧力に応じて前記ギャップ幅を変化させて該ギャ
ップ幅の変化による前記ダイアフラム部と前記電極部と
の間の静電容量の変化によって前記圧力を検出するよう
にした静電容量型圧力センサにおいて、前記センサチッ
プは封止筐体内配置され、該筐体の一部は圧力に応じて
変形するサブダイアフラム部で構成されており、前記筐
体内には非腐食性液体又は不活性ガスが充填されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサが得られる。
【００１３】
【作用】本発明では、センサチップが配置された封止筐
体の一部分をダイアフラム（サブダイアフラム）で構成
して、しかも封止筐体内に非腐食性液体又は不活性ガス
を充填するようにしたから、圧力を検出する際には、サ
ブダイアフラムに印加された圧力が非腐食性液体又は不
活性ガスを介して第１の基板に形成されたダイアフラム
にて伝達され、これによって、ダイアフラム部と電極部
との間のギャップが変化することになる。
体の一部分をダイアフラム（サブダイアフラム）で構成
して、しかも封止筐体内に非腐食性液体又は不活性ガス
を充填するようにしたから、圧力を検出する際には、サ
ブダイアフラムに印加された圧力が非腐食性液体又は不
活性ガスを介して第１の基板に形成されたダイアフラム
にて伝達され、これによって、ダイアフラム部と電極部
との間のギャップが変化することになる。
【００１４】このように、二重ダイアフラム構造とした
ことよって、被測定圧力が直接センサチップに与えられ
ることがなく、従って、例えば、液体内においても使用
することができる。また、サブダイアフラムの厚さを変
更するだけで、動作レンジを変えることができ、仕様変
更が極めて容易である。
ことよって、被測定圧力が直接センサチップに与えられ
ることがなく、従って、例えば、液体内においても使用
することができる。また、サブダイアフラムの厚さを変
更するだけで、動作レンジを変えることができ、仕様変
更が極めて容易である。
【００１５】
【実施例】以下本発明について実施例によって説明す
る。
る。
【００１６】まず、図１（ａ）を参照して、本発明が適
用された絶対圧測定用圧力センサについて説明する。
用された絶対圧測定用圧力センサについて説明する。
【００１７】シリコン基板１３ａには圧力に応じて変形
するシリコンダイヤフラム１１ａが形成されるとともに
シリコンダイアフラム１２ａの下側にはキャビティー部
１２ａが形成されている。ガラス基板１５ａ上には固定
電極１４ａが形成され、シリコン基板１３ａとガラス基
板１５ａとが接着されてセンサチップ２６ａが構成され
る。センサチップ２６ａは台座１７ａ上に接着されてお
り、この台座１７ａにはリード端子１６ａが配置されて
いる。そして、リード端子１６ａと固定電極１４ａとは
リードワイヤー１８ａによって電気的に接続されてい
る。
するシリコンダイヤフラム１１ａが形成されるとともに
シリコンダイアフラム１２ａの下側にはキャビティー部
１２ａが形成されている。ガラス基板１５ａ上には固定
電極１４ａが形成され、シリコン基板１３ａとガラス基
板１５ａとが接着されてセンサチップ２６ａが構成され
る。センサチップ２６ａは台座１７ａ上に接着されてお
り、この台座１７ａにはリード端子１６ａが配置されて
いる。そして、リード端子１６ａと固定電極１４ａとは
リードワイヤー１８ａによって電気的に接続されてい
る。
【００１８】センサチップ２６ａには横穴２５ａが設け
られ、これによって固定電極３４ａが外部に引き出され
る。その後、キャビティー部１２ａとセンサチップ外部
とを隔離するため、横穴２５ａは封止剤２２ａによって
封止される。そして、台座１７ａ上にはキャップ２０ａ
が配置され、台座１７ａとキャップ２０ａとはハーメチ
ックシールによってシールされる。キャップ２０ａの上
面には穴部が形成され、この穴部は図示のように圧力に
応じて変形するステンレス等の金属製ダイアフラム１９
ａによって塞がれている。そして、台座１７ａとキャッ
プ部２０ａとで規定される空間にはシリコンオイル等の
液体又は不活性気体（以下封入剤という）が封入されて
いる。
られ、これによって固定電極３４ａが外部に引き出され
る。その後、キャビティー部１２ａとセンサチップ外部
とを隔離するため、横穴２５ａは封止剤２２ａによって
封止される。そして、台座１７ａ上にはキャップ２０ａ
が配置され、台座１７ａとキャップ２０ａとはハーメチ
ックシールによってシールされる。キャップ２０ａの上
面には穴部が形成され、この穴部は図示のように圧力に
応じて変形するステンレス等の金属製ダイアフラム１９
ａによって塞がれている。そして、台座１７ａとキャッ
プ部２０ａとで規定される空間にはシリコンオイル等の
液体又は不活性気体（以下封入剤という）が封入されて
いる。
【００１９】上述の圧力センサでは金属製ダイアフラム
１９ａに圧力がくわわると、この印加圧力は封入剤を介
してシリコンダイアフラム１１ａに伝えられ、これによ
って、シリコンダイアフラム１１ａと固定電極１４ａと
の間のギャップが変化することになり、前述のように静
電容量が変化することになる。
１９ａに圧力がくわわると、この印加圧力は封入剤を介
してシリコンダイアフラム１１ａに伝えられ、これによ
って、シリコンダイアフラム１１ａと固定電極１４ａと
の間のギャップが変化することになり、前述のように静
電容量が変化することになる。
【００２０】図１（ｂ）に示す圧力センサはケージ圧用
圧力センサであり、図１（ａ）に示す圧力センサと異な
る点は、台座１７ｂに大気導入用貫通孔２４ｂ及び２３
ｂが形成されている点である。図１（ｂ）においては図
１（ａ）と同一の構成要素については参照番号中のアル
ファベットａをｂに変えて参照番号を示す。なお、図１
（ｂ）に示す圧力センサの動作は図１（ａ）に示す圧力
センサとほぼ同様であるので、ここでは説明を省略す
る。
圧力センサであり、図１（ａ）に示す圧力センサと異な
る点は、台座１７ｂに大気導入用貫通孔２４ｂ及び２３
ｂが形成されている点である。図１（ｂ）においては図
１（ａ）と同一の構成要素については参照番号中のアル
ファベットａをｂに変えて参照番号を示す。なお、図１
（ｂ）に示す圧力センサの動作は図１（ａ）に示す圧力
センサとほぼ同様であるので、ここでは説明を省略す
る。
【００２１】本発明による静電容量型圧力センサでは、
キャップ部に金属製ダイアフラムを設けて、つまり、シ
リコンダイアフラムの他に金属製ダイアフラムを備える
二重ダイアフラム構造としてしかも台座とキャップ部と
で規定される空間にシリコンオイル等の液体又は不活性
ガス（封止剤）を封止しているから、被測定圧力が直接
センサチップに与えられることがなく、被測定圧力は封
止剤を介してセンサチップに伝えられる。その結果、例
えば、液体内の圧力を測定する際にも使用することがで
きる。
キャップ部に金属製ダイアフラムを設けて、つまり、シ
リコンダイアフラムの他に金属製ダイアフラムを備える
二重ダイアフラム構造としてしかも台座とキャップ部と
で規定される空間にシリコンオイル等の液体又は不活性
ガス（封止剤）を封止しているから、被測定圧力が直接
センサチップに与えられることがなく、被測定圧力は封
止剤を介してセンサチップに伝えられる。その結果、例
えば、液体内の圧力を測定する際にも使用することがで
きる。
【００２２】加えて、金属製ダイアフラムの厚さを変更
するのみで、動作レンジを変更することができる。つま
り、センサチップ自体の設計変更及び作製工程変更を伴
うこと無く同一のセンサチップを用いて種々の動作レン
ジを有する圧力センサを作製することができる。また、
センサチップ及びリードワイヤー等は外界に一切触れる
ことがないから、耐環境に優れ長期に安定して圧力検出
を行うことができる。
するのみで、動作レンジを変更することができる。つま
り、センサチップ自体の設計変更及び作製工程変更を伴
うこと無く同一のセンサチップを用いて種々の動作レン
ジを有する圧力センサを作製することができる。また、
センサチップ及びリードワイヤー等は外界に一切触れる
ことがないから、耐環境に優れ長期に安定して圧力検出
を行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では二重ダ
イアフラム構造を用いているから、液体中等においても
使用でき、しかも筐体の一部分に形成されたダイアフラ
ムの厚さを変えるだけで、つまり、センサチップ自体に
は変更を施すことなく、動作レンジを変更することがで
き、耐環境性及び長期安定性を向上させることができる
という効果がある。
イアフラム構造を用いているから、液体中等においても
使用でき、しかも筐体の一部分に形成されたダイアフラ
ムの厚さを変えるだけで、つまり、センサチップ自体に
は変更を施すことなく、動作レンジを変更することがで
き、耐環境性及び長期安定性を向上させることができる
という効果がある。
【図１】（ａ）は本発明による絶対圧用静電容量型圧力
センサの一実施例を示す図である。（ｂ）は本発明によ
るケージ圧用静電容量型圧力センサの一実施例を示す図
である。
センサの一実施例を示す図である。（ｂ）は本発明によ
るケージ圧用静電容量型圧力センサの一実施例を示す図
である。
【図２】（ａ）は従来の絶対圧用静電容量型圧力センサ
を示す図である。（ｂ）は従来のケージ圧用静電容量型
圧力センサを示す図である。
を示す図である。（ｂ）は従来のケージ圧用静電容量型
圧力センサを示す図である。
１１ａ，１１ｂ シリコンダイヤフラム １２ａ，１２ｂ キャビティー部 １３ａ，１３ｂ シリコン基板 １４ａ，１４ｂ 固定電極 １５ａ，１５ｂ ガラス基板 １６ａ，１６ｂ リード端子 １７ａ，１７ｂ 台座 １８ａ，１８ｂ リードワイヤー １９ａ，１９ｂ 金属製ダイアフラム ２０ａ，２０ｂ キャップ部 ２１ａ，２１ｂ 液体又は不活性ガス ２２ａ，２２ｂ 封止剤 ２３ｂ，２４ｂ 大気導入穴 ２５ａ，２５ｂ 横穴 ２６ａ，２６ｂ センサチップ
Claims (1)
- 【請求項１】 電極部が形成された第１の基板と、圧力
に応じて変形するダイアフラム部が形成された第２の基
板とを有し前記ダイアフラム部と前記電極部とがギャッ
プをおいて互いに対向する関係となるように前記第１及
び前記第２の基板とが接合されたセンサチップを備え、
前記ダイアフラム部に加わる圧力に応じて前記ギャップ
幅を変化させて該ギャップ幅の変化による前記ダイアフ
ラム部と前記電極部との間の静電容量の変化によって前
記圧力を検出するようにした静電容量型圧力センサにお
いて、前記センサチップは封止筐体内配置され、該筐体
の一部は圧力に応じて変形するサブダイアフラム部で構
成されており、前記筐体内には非腐食性液体又は不活性
ガスが充填されていることを特徴とする静電容量型圧力
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29563292A JPH06148016A (ja) | 1992-11-05 | 1992-11-05 | 静電容量型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29563292A JPH06148016A (ja) | 1992-11-05 | 1992-11-05 | 静電容量型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06148016A true JPH06148016A (ja) | 1994-05-27 |
Family
ID=17823162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29563292A Pending JPH06148016A (ja) | 1992-11-05 | 1992-11-05 | 静電容量型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06148016A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102967409A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-03-13 | 东南大学 | 一种无线无源电容式气压传感器 |
| CN103575453A (zh) * | 2012-07-31 | 2014-02-12 | 飞思卡尔半导体公司 | 成型封装中的电容压力传感器 |
| CN109990942A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-09 | 芜湖天波光电技术研究院有限公司 | 一种高压共轨压力传感器 |
-
1992
- 1992-11-05 JP JP29563292A patent/JPH06148016A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103575453A (zh) * | 2012-07-31 | 2014-02-12 | 飞思卡尔半导体公司 | 成型封装中的电容压力传感器 |
| CN102967409A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-03-13 | 东南大学 | 一种无线无源电容式气压传感器 |
| CN109990942A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-09 | 芜湖天波光电技术研究院有限公司 | 一种高压共轨压力传感器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010919 |