JPH116780A - Capacitance-type pressure sensor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate measuring errors and to improve reliability by providing a heater on a glass substrate, supplying minute current all the time and holding the surrounding part at the temperature higher than a room temperature. SOLUTION: In a sensor chip 3, a thin conductor film 24 is provided as a heater at the surrounding part of a fixed electrode 21 on a glass substrate 2 and made to pass through lateral holes 14 and 15 of a silicon substrate 10. This sensor chip 3 is bonded on a pedestal 40. The thin conductor film 24 and lead terminals 46 and 47 are electrically connected through thin-film drawing patterns 25 and 26 and lead wires 35 and 36 respectively. The fixed electrode 21 and a lead terminal 44 are electrically connected through a fixed-electrode drawing pattern 22 and a lead wire 33. Furthermore, a variable electrode pat 23 and a lead terminal 45 are electrically connected through a lead wire 34. Then, a current is conducted across lead terminals 46 and 47 with a power supply 50 when used, and the minute current is supplied. The thin conductor film 24 is heated, and the inside of a cavity is kept at room temperature +3 deg.C all the time. Therefore, the dielectric constant between the diaphragm part and the fixed electrode 21 is not changed by the changes of surrounding temperature and the like, and the measuring errors are eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、住宅関連機器およ
び産業用機器に用いられる流体の圧力検出に用いられる
静電容量型圧力センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type pressure sensor used for detecting pressure of a fluid used in housing related equipment and industrial equipment.

【０００２】[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に例示する圧力センサが知られている。図
２（ａ）は、キャップをはずした従来の静電容量型圧力
センサの内部を示す外観斜視図であり、図２（ｂ）は、
静電容量型圧力センサのＡ−Ａ［図２（ｄ）］断面図、
図２（ｃ）は、静電容量型圧力センサのセンサチップ３
０の構造を示す分解図、図２（ｄ）は、静電容量型圧力
センサの外観斜視図である。2. Description of the Related Art As this kind of capacitance type pressure sensor,
Generally, a pressure sensor illustrated in FIG. 2 is known. FIG. 2A is an external perspective view showing the inside of a conventional capacitive pressure sensor with a cap removed, and FIG.
AA [FIG. 2 (d)] sectional view of the capacitance type pressure sensor,
FIG. 2C shows a sensor chip 3 of the capacitance type pressure sensor.
FIG. 2D is an external perspective view of the capacitance type pressure sensor.

【０００３】図２に例示する従来の静電容量型圧力セン
サでは、シリコン基板１０に、差圧に応じて変形する可
動電極として機能するダイアフラム部１１が形成され、
絶縁基板であるガラス基板２０上に固定電極２１が形成
されている。In the conventional capacitance type pressure sensor illustrated in FIG. 2, a diaphragm 11 functioning as a movable electrode that is deformed according to a differential pressure is formed on a silicon substrate 10.
A fixed electrode 21 is formed on a glass substrate 20 which is an insulating substrate.

【０００４】図２に示すように、シリコン基板１０とガ
ラス基板２０とは、シリコン基板１０の外周部において
接合されており、これによって、ダイアフラム部１１の
下側には、キャビティ部１２が形成される。[0004] As shown in FIG. 2, the silicon substrate 10 and the glass substrate 20 are joined at the outer peripheral portion of the silicon substrate 10, whereby a cavity 12 is formed below the diaphragm 11. You.

【０００５】前記シリコン基板１０と前記ガラス基板２
０よりなるセンサチップ３０には、固定電極引き出し用
横穴１３が設けられ、横穴を通して、前記固定電極２１
が固定電極引き出し用導体パターン２２を経てキャビテ
ィ部１２の外に電気的に引き出される。[0005] The silicon substrate 10 and the glass substrate 2
0 is provided with a fixed electrode lead-out horizontal hole 13 through which the fixed electrode 21 extends.
Is electrically drawn out of the cavity 12 through the fixed electrode lead-out conductor pattern 22.

【０００６】ダイアフラム部１１を有するシリコン基板
１０は、ガラス基板２０上に設けられた可動電極パット
２３に圧接され、可動電極であるダイアフラム部部１１
は、キャビティ部１２の外に電気的に取り出される。The silicon substrate 10 having the diaphragm portion 11 is pressed against a movable electrode pad 23 provided on a glass substrate 20, and the diaphragm portion 11 serving as a movable electrode is pressed.
Is electrically taken out of the cavity 12.

【０００７】そして、センサチップ３０は、ベース部材
としての台座４０上に接着される。台座４０には、リー
ド端子４４、４５が設けられており、リード端子４４と
ガラス基板２０上の固定電極２１とは、固定電極引き出
し用パターン２２を経てリードワイヤ３３によって、リ
ード端子４５と可動電極パット２３とは、リードワイヤ
３４によって、電気的に接続されている。[0007] The sensor chip 30 is bonded on a pedestal 40 as a base member. The pedestal 40 is provided with lead terminals 44 and 45. The lead terminal 44 and the fixed electrode 21 on the glass substrate 20 are connected to the lead terminal 45 and the movable electrode by the lead wire 33 through the fixed electrode lead-out pattern 22. The pad 23 is electrically connected to the pad 23 by a lead wire 34.

【０００８】ガラス基板２０および台座４０のそれぞれ
に、大気導入用貫通孔３１および４３が形成されてお
り、これら二つの大気導入用貫通孔３１、４３は連通さ
れている。キャビティ部１２とセンサチップ外部のキャ
ップ内領域４７とを隔離するため、横穴１３は封止材３
２によって封止される。そして、台座４０と被測定流体
導入用貫通孔４２を設けたカバー部材としてのキャップ
４１とは、ハーメチックシールによって接着およびシー
ルされる。The glass substrate 20 and the pedestal 40 are formed with air introduction through holes 31 and 43, respectively, and these two air introduction through holes 31 and 43 are connected to each other. In order to isolate the cavity portion 12 and the cap inner region 47 outside the sensor chip, the side hole 13 is
2 sealed. Then, the pedestal 40 and the cap 41 as a cover member provided with the to-be-measured fluid introduction through-hole 42 are bonded and sealed by a hermetic seal.

【０００９】静電容量形圧力センサの動作原理は、前記
可動電極を兼ねたダイアフラム部１１に差圧が加わる
と、前記可動電極であるダイアフラム部１１が変形し、
前記ダイアフラム部１１と対向する固定電極２１間のギ
ャップの変化が起こり、ギャップの変化により静電容量
も変化する。前記ギャップと、ダイアフラム部１１と固
定電極２１間の静電容量Ｃｓの関係式は（１）式で表さ
れる。The principle of operation of the capacitance type pressure sensor is that when a differential pressure is applied to the diaphragm portion 11 also serving as the movable electrode, the diaphragm portion 11 serving as the movable electrode is deformed.
A gap between the fixed electrode 21 and the diaphragm 11 changes, and the capacitance changes due to the change in the gap. The relational expression between the gap and the capacitance Cs between the diaphragm portion 11 and the fixed electrode 21 is expressed by Expression (1).

【００１０】 Ｃｓ＝ε（Ａ／ｄ） ・・・・・・・・・ （１） ε：空気の誘電率 Ａ：電極面積 ｄ：電極間ギャップCs = ε (A / d) (1) ε: dielectric constant of air A: electrode area d: gap between electrodes

【００１１】また、差圧とギャップとの間には一定の相
関関係があり、ダイアフラム部１１の片側の流体の圧力
は既知なので、静電容量の変化から被測定流体の圧力を
検出することができる。Since there is a certain correlation between the differential pressure and the gap, and the pressure of the fluid on one side of the diaphragm 11 is known, it is possible to detect the pressure of the fluid to be measured from a change in capacitance. it can.

【００１２】[0012]

【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、大気導入用貫通孔３１、４３より導入した
大気中に含まれる水分が温度の変化等で結露することに
より、可動電極であるダイアフラム部１１と固定電極２
１間にある空気の誘電率が変化することにより、測定誤
差が生ずる他、ダイアフラム部１１と固定電極２１が短
絡する恐れもあるといった欠点を有していた。In the conventional capacitance type pressure sensor, the moisture contained in the air introduced through the air introduction through holes 31 and 43 is condensed due to a change in temperature or the like. A certain diaphragm portion 11 and fixed electrode 2
A change in the dielectric constant of the air between the two causes a measurement error and also has a drawback that the diaphragm 11 and the fixed electrode 21 may be short-circuited.

【００１３】そこで、本発明の課題は、かかる欠点を除
去するため、測定誤差が無く、信頼性の高い静電容量型
圧力センサを提供することである。An object of the present invention is to provide a capacitance type pressure sensor which has no measurement error and has high reliability in order to eliminate such a defect.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、絶縁基板であるガラス基板上の固定電極
周辺部にヒータを設け、前記ヒータに微小電力を常時供
給し、固定電極周辺部の温度を室温より高く保持して静
電容量型圧力センサ内の大気の結露を防止することによ
り測定誤差と短絡の無い静電容量型圧力センサを得よう
とするものである。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a heater is provided around a fixed electrode on a glass substrate which is an insulating substrate, and a minute electric power is constantly supplied to the heater. An object of the present invention is to obtain a capacitance type pressure sensor free from measurement errors and short circuits by keeping the temperature of the peripheral portion higher than room temperature to prevent dew condensation of the atmosphere in the capacitance type pressure sensor.

【００１５】即ち、本発明は、絶縁基板上の固定電極周
辺部にヒータを設けた静電容量型圧力センサである。That is, the present invention is a capacitance type pressure sensor in which a heater is provided around a fixed electrode on an insulating substrate.

【００１６】さらに、本発明は、前記ヒータは薄膜の導
体膜よりなる上記の静電容量型圧力センサである。Further, the present invention is the above-mentioned capacitance type pressure sensor, wherein the heater is formed of a thin conductive film.

【００１７】また、本発明は、前記ヒータは薄膜の窒化
シリコン膜より上記の静電容量型圧力センサである。Further, the present invention is the above-mentioned capacitance type pressure sensor, wherein the heater is made of a thin silicon nitride film.

【００１８】また、本発明は、前記ヒータは炭化シリコ
ンよりなる上記の静電容量型圧力センサである。Further, the present invention is the above-mentioned capacitance type pressure sensor, wherein the heater is made of silicon carbide.

【００１９】また、本発明は、前記ヒータはサーミスタ
よりなる上記の静電容量型圧力センサである。Further, the present invention is the above-mentioned electrostatic capacitance type pressure sensor, wherein the heater comprises a thermistor.

【００２０】さらに、本発明は、前記サーミスタは正特
性を有する上記の静電容量型圧力センサである。Further, the present invention is the above-mentioned capacitance type pressure sensor, wherein the thermistor has a positive characteristic.

【００２１】さらに、本発明は、前記ガラス基板上の少
なくとも２箇所に、前記ヒータと前記センサチップの外
部との電気的接続をする引き出し用導体パターンを設け
た上記の静電容量型圧力センサである。Further, the present invention provides the above-mentioned capacitance type pressure sensor, wherein a lead-out conductor pattern for electrically connecting the heater to the outside of the sensor chip is provided in at least two places on the glass substrate. is there.

【００２２】さらに、本発明は、前記引き出し用導体パ
ターンと電気的に接続されたリード端子を設けた上記の
静電容量型圧力センサである。Further, the present invention is the above-mentioned capacitance type pressure sensor provided with a lead terminal electrically connected to the lead-out conductor pattern.

【００２３】[0023]

【発明の実施の形態】センサチップの絶縁基板上のキャ
ビティ部内にヒータを設け、前記ヒータに引き出し用導
体パターンおよびリード端子を介して、微小電力を常時
供給し、キャビティ部内を常に一定温度に保つように
し、周囲の湿度及び温度の変化が発生した場合において
も、キャビティ部内での結露の発生を防止する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A heater is provided in a cavity on an insulating substrate of a sensor chip, and a minute electric power is constantly supplied to the heater via a lead conductor pattern and a lead terminal to keep the inside of the cavity at a constant temperature. In this way, even when ambient humidity and temperature change, the occurrence of dew condensation in the cavity is prevented.

【００２４】[0024]

【実施例】以下に、本発明の静電容量型圧力センサの実
施例について、図を用いて説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a capacitance type pressure sensor according to the present invention.

【００２５】本発明の静電容量型圧力センサの構成等
は、図２を用いて説明した従来の技術とほぼ同様のた
め、詳細の説明を省略し、相違点のみ説明する。The configuration and the like of the capacitance type pressure sensor of the present invention are almost the same as those of the prior art described with reference to FIG. 2, so that detailed description will be omitted and only different points will be described.

【００２６】図１（ａ）は、本発明の静電容量型圧力セ
ンサのキャップをはずして内部を示す斜視図であり、図
１（ｂ）は、本発明のセンサチップの構造を示す分解斜
視図である。FIG. 1A is a perspective view showing the inside of the capacitance type pressure sensor of the present invention with the cap removed, and FIG. 1B is an exploded perspective view showing the structure of the sensor chip of the present invention. FIG.

【００２７】図１に示すように、ガラス基板２０には、
キャビティ部内の固定電極２１の周辺部に蒸着、スパッ
タ等により形成した薄膜導体膜２４が設けられている。
シリコン基板１０には、横穴１４、１５が設けられ、横
穴１４、１５を通して薄膜導体膜２４が薄膜導体膜引き
出し用導体パターン２５、２６を経てキャビティ部の外
部に電気的に接続される。As shown in FIG. 1, a glass substrate 20 has
A thin-film conductor film 24 formed by vapor deposition, sputtering, or the like is provided around the fixed electrode 21 in the cavity.
Lateral holes 14 and 15 are provided in the silicon substrate 10, and the thin film conductor film 24 is electrically connected to the outside of the cavity through the lateral holes 14 and 15 and the conductor patterns 25 and 26 for drawing out the thin film conductor film.

【００２８】上記センサチップ３０は、リード端子４
４、４５、４６、４７が設けられた台座４０上に接着さ
れる。そして、リード端子４６、４７と薄膜導体膜２４
とは薄膜導体膜引き出し用パターン２５、２６およびリ
ードワイヤ３５、３６を介して、リード端子４４と固定
電極２１とは固定電極引き出し用パターン２２およびリ
ドワイヤ３３を介して、リード端子４５と可動電極パッ
ト２３とはリードワイヤ３４を介して、それぞれ電気的
に接続されている。The sensor chip 30 includes a lead terminal 4
4, 45, 46, and 47 are adhered on a pedestal 40 provided with the same. Then, the lead terminals 46 and 47 and the thin film conductor film 24
The lead terminal 44 and the fixed electrode 21 are connected to the lead terminal 45 and the movable electrode pad via the fixed electrode lead pattern 22 and the lid wire 33, respectively. 23 are electrically connected to each other via lead wires 34.

【００２９】薄膜導体膜２４の幅は１０μｍ、厚さは
０.４μｍ、長さは延長で５ｍｍにした。The width of the thin film conductor film 24 was 10 μm, the thickness was 0.4 μm, and the length was 5 mm.

【００３０】上記センサの使用時には、リード端子４
６、４７間に、電源５０を用いて、通電することによ
り、２０ｍＷの微小電力を投入し、前記薄膜導体膜２４
を加熱し、キャビティ部１２内が常時室温プラス３℃の
一定温度に保った。従って、周囲の湿度、温度の変化に
よる、可動電極であるダイアフラム部１１と固定電極２
１間の誘電率の変化がなく、測定誤差がすくない、キャ
ビティ部１２内の結露の発生もない静電容量型圧力セン
サが得られた。When the above sensor is used, the lead terminals 4
A small electric power of 20 mW is supplied between the first and second thin film conductors 24 and 47 by energizing using the power supply 50.
Was heated, and the inside of the cavity 12 was constantly kept at a constant temperature of room temperature plus 3 ° C. Therefore, the diaphragm portion 11 which is a movable electrode and the fixed electrode 2 due to a change in ambient humidity and temperature.
Thus, there was obtained a capacitance type pressure sensor in which there was no change in the dielectric constant between the two, the measurement error was small, and no dew was formed in the cavity 12.

【００３１】本実施例において、ヒータとして薄膜導体
膜を用いたが、ヒータとして窒化シリコン膜を用いて
も、また炭化シリコンを用いても、その効果に変わりは
なかった。また、ヒータとして正特性サーミスタを用
い、微小電力の供給に定電圧電源を用いたときは、さら
に良好な結果が得られた。In this embodiment, a thin-film conductor film is used as a heater. However, the effect remains the same whether a silicon nitride film or silicon carbide is used as a heater. Further, when a positive temperature coefficient thermistor was used as a heater and a constant voltage power supply was used to supply a small amount of power, even better results were obtained.

【００３２】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、測定誤差が無く、信頼
性の高い静電容量型圧力センサが得られる。According to the present invention, a capacitance type pressure sensor having no measurement error and high reliability can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の静電容量型圧力センサを示す図。図１
（ａ）は本発明の静電容量型圧力センサのキャップをは
ずして内部を示す斜視図、図１（ｂ）は、本発明のセン
サチップの構造を示す分解斜視図。FIG. 1 is a diagram showing a capacitance type pressure sensor of the present invention. FIG.
FIG. 1A is a perspective view showing the inside of a capacitance type pressure sensor of the present invention with a cap removed, and FIG. 1B is an exploded perspective view showing the structure of a sensor chip of the present invention.

【図２】従来の静電容量型圧力センサを説明する図。図
２（ａ）はキャップをはずして静電容量型圧力センサの
内部を示す斜視図、図２（ｂ）はＡ−Ａ［図２（ｄ）］
断面図、図２（ｃ）は、静電容量型圧力センサのセンサ
チップ３０部の構造を示す図、図２（ｄ）は静電容量型
圧力センサの外観斜視図。FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional capacitance-type pressure sensor. FIG. 2A is a perspective view showing the inside of the capacitive pressure sensor with the cap removed, and FIG. 2B is AA [FIG. 2D].
FIG. 2C is a sectional view showing the structure of the sensor chip 30 of the capacitance type pressure sensor, and FIG. 2D is an external perspective view of the capacitance type pressure sensor.

【符号の説明】 ２ （本発明に係わる）ガラス基板 ３ （本発明に係わる）センサチップ １０ シリコン基板 １１ ダイアフラム部 １２ キャビティ部 １３ （固定電極引き出し用）横穴 １４，１５ （薄膜導体膜引き出し用）横穴 ２０ ガラス基板 ２１ 固定電極 ２２ （固定電極引き出し用）導体パターン ２３ 可動電極パット ２４ 薄膜導体膜 ２５，２６ （薄膜導体膜引き出し用）導体パターン ３０ センサチップ ３１ （ガラス基板に設けた大気導入用）貫通孔 ３２ 封止材 ３３，３４，３５，３６ リードワイヤ ４０ 台座 ４１ キャップ ４２ （被測定流体導入用）貫通孔 ４３ （台座に設けた大気導入用）貫通孔 ４４，４５ リード端子 ４６，４７ （本発明の）リード端子 ５０ 電源DESCRIPTION OF THE SYMBOLS 2 (according to the present invention) Glass substrate 3 (according to the present invention) Sensor chip 10 Silicon substrate 11 Diaphragm 12 Cavity 13 Side hole 20 Glass substrate 21 Fixed electrode 22 (for drawing fixed electrode) Conductor pattern 23 Movable electrode pad 24 Thin film conductor film 25, 26 (for drawing thin film conductor film) Conductor pattern 30 Sensor chip 31 (For air introduction provided on glass substrate) Through-hole 32 Sealing material 33, 34, 35, 36 Lead wire 40 Pedestal 41 Cap 42 (For introduction of the fluid to be measured) Through-hole 43 (For air introduction provided on the pedestal) Through-hole 44, 45 Lead terminal 46, 47 ( Lead terminals (of the invention) 50 power supply

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 固定電極が形成された絶縁基板と、差圧
に応じて変形するダイアフラム部が形成されたシリコン
基板とを有し、前記ダイアフラム部と前記固定電極とが
ギャップをおいて互いに対抗するように前記絶縁基板と
前記シリコン基板とが接合されてキャビティ部を形成す
る圧力センサチップを備え、前記ダイアフラム部の両側
にある流体の差圧に応じて前記ギャップ長を変化させて
該ギャップ長の変化による前記ダイアフラム部と前記固
定電極間の静電容量の変化によって圧力を検出する静電
容量型圧力センサにおいて、前記絶縁基板上の前記固定
電極周辺部にヒータを設けたことを特徴とする静電容量
型圧力センサ。An insulating substrate on which a fixed electrode is formed, and a silicon substrate on which a diaphragm portion deformed in response to a pressure difference is formed, wherein the diaphragm portion and the fixed electrode oppose each other with a gap therebetween. A pressure sensor chip that forms a cavity by joining the insulating substrate and the silicon substrate so as to change the gap length according to a pressure difference between fluids on both sides of the diaphragm. In a capacitance type pressure sensor for detecting pressure by a change in capacitance between the diaphragm and the fixed electrode due to a change in the temperature, a heater is provided around the fixed electrode on the insulating substrate. Capacitive pressure sensor. 【請求項２】 前記ヒータは薄膜の導体膜よりなること
を特徴とする請求項１記載の静電容量型圧力センサ。2. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein said heater is made of a thin conductive film. 【請求項３】 前記ヒータは薄膜の窒化シリコン膜より
なることを特徴とする請求項１または２記載の静電容量
型圧力センサ。3. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein the heater is made of a thin silicon nitride film. 【請求項４】 前記ヒータは炭化シリコンよりなること
を特徴とする請求項１または２記載の静電容量型圧力セ
ンサ。4. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein the heater is made of silicon carbide. 【請求項５】 前記ヒータはサーミスタよりなることを
特徴とする請求項１または２記載の静電容量型圧力セン
サ。5. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein the heater is formed of a thermistor. 【請求項６】 前記サーミスタは正特性を有することを
特徴とする請求項５記載の静電容量型圧力センサ。6. The capacitance type pressure sensor according to claim 5, wherein the thermistor has a positive characteristic. 【請求項７】 前記ガラス基板上の少なくとも２箇所
に、前記ヒータと前記センサチップの外部との電気的接
続をする引き出し用導体パターンを設けたことを特徴と
する請求項１ないし７のいずれかに記載の静電容量型圧
力センサ。7. The lead-out conductor pattern for electrically connecting the heater to the outside of the sensor chip is provided at at least two places on the glass substrate. 3. The capacitance-type pressure sensor according to 1. 【請求項８】 前記引き出し用導体パターンと電気的に
接続されたリード端子を設けたことを特徴とする請求項
１ないし７のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。8. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, further comprising a lead terminal electrically connected to the lead-out conductor pattern.