JPH1183658A - 静電容量型センサ - Google Patents
静電容量型センサInfo
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- JPH1183658A JPH1183658A JP25791697A JP25791697A JPH1183658A JP H1183658 A JPH1183658 A JP H1183658A JP 25791697 A JP25791697 A JP 25791697A JP 25791697 A JP25791697 A JP 25791697A JP H1183658 A JPH1183658 A JP H1183658A
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- cavity
- cavities
- electrode
- movable electrode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 応答性が良好で、粉塵等の侵入を防止し、か
つ、センサ感度が良好となる静電容量型センサを提供す
ること 【解決手段】 シリコン基板1と、固定電極5を有する
ガラス基板2とを一体化する。シリコン基板は、第1,
第2ダイアフラム11,12が形成され、各ダイアフラ
ムとガラス基板との間でそれぞれ第1,第2キャビティ
12,13が形成される。さらに、シリコン基板の接合
面側表面に凹溝17が形成され、両キャビティは空間的
に接続されている。そして、第1ダイアフラムが変形す
ると、第2ダイアフラムが逆方向に変形することによっ
て、第1キャビティ,第2キャビティ内の総容積がほぼ
一定に保て、第1ダイアフラムが変形しても第1キャビ
ティの圧力をほぼ一定にできるので、係る変形はスムー
ズに短時間で行われる。よって、応答性が向上する。
つ、センサ感度が良好となる静電容量型センサを提供す
ること 【解決手段】 シリコン基板1と、固定電極5を有する
ガラス基板2とを一体化する。シリコン基板は、第1,
第2ダイアフラム11,12が形成され、各ダイアフラ
ムとガラス基板との間でそれぞれ第1,第2キャビティ
12,13が形成される。さらに、シリコン基板の接合
面側表面に凹溝17が形成され、両キャビティは空間的
に接続されている。そして、第1ダイアフラムが変形す
ると、第2ダイアフラムが逆方向に変形することによっ
て、第1キャビティ,第2キャビティ内の総容積がほぼ
一定に保て、第1ダイアフラムが変形しても第1キャビ
ティの圧力をほぼ一定にできるので、係る変形はスムー
ズに短時間で行われる。よって、応答性が向上する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型センサ
に関するものである。
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の静電容量型センサの一例である圧
力センサとしては、図10に示すような構造のものがあ
る。同図に示すように、シリコン基板1とガラス基板2
とを陽極接合して一体化したものを基本構造としてい
る。そして、シリコン基板1には、その中央を両面から
エッチングを行い所定量だけ除去することにより薄肉の
ダイアフラム3を形成する。これにより、ダイアフラム
3の上面と、ガラス基板2との間に所定のギャップから
なる空間(キャビティ)4が形成される。そしてそのキ
ャビティ4内でダイアフラム3が変位可能となる。さら
に、ダイアフラム3に対向するガラス基板2の表面に
は、固定電極5が蒸着して形成される。この固定電極5
に対向するダイアフラム3の上面が可動電極6となり、
両電極間5,6の距離に応じた静電容量が発生する。
力センサとしては、図10に示すような構造のものがあ
る。同図に示すように、シリコン基板1とガラス基板2
とを陽極接合して一体化したものを基本構造としてい
る。そして、シリコン基板1には、その中央を両面から
エッチングを行い所定量だけ除去することにより薄肉の
ダイアフラム3を形成する。これにより、ダイアフラム
3の上面と、ガラス基板2との間に所定のギャップから
なる空間(キャビティ)4が形成される。そしてそのキ
ャビティ4内でダイアフラム3が変位可能となる。さら
に、ダイアフラム3に対向するガラス基板2の表面に
は、固定電極5が蒸着して形成される。この固定電極5
に対向するダイアフラム3の上面が可動電極6となり、
両電極間5,6の距離に応じた静電容量が発生する。
【0003】一方、シリコン基板1のガラス基板2との
接合面には、差圧通路7が形成されている。この差圧通
路7を介して、キャビティ4内を大気開放し、ダイアフ
ラム3の外側(図中下側)に加わる測定圧力を、キャビ
ティ4内の大気と比較し、その差圧に応じた量だけダイ
アフラム3が撓み、電極5,6間の距離が変動するの
で、静電容量も変化する。電極間距離(ダイアフラム3
の撓む量)は圧力に対応するので、係る静電容量の変化
からダイアフラム3に加わった圧力が測定できる。
接合面には、差圧通路7が形成されている。この差圧通
路7を介して、キャビティ4内を大気開放し、ダイアフ
ラム3の外側(図中下側)に加わる測定圧力を、キャビ
ティ4内の大気と比較し、その差圧に応じた量だけダイ
アフラム3が撓み、電極5,6間の距離が変動するの
で、静電容量も変化する。電極間距離(ダイアフラム3
の撓む量)は圧力に対応するので、係る静電容量の変化
からダイアフラム3に加わった圧力が測定できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の静電容量型センサでは、キャビティ4が差圧通
路7を介して大気開放されていることから、係る差圧通
路7を介してセンサ(キャビティ4)内に粉塵等が侵入
するおそれがある。そこで、通常は差圧通路7の開口の
面積を小さくして塵埃等の侵入を阻止するようにしてい
るが、係る構成にすると、差圧通路7における空気抵抗
が大きくなり、スムーズな空気の移動が抑制され、高周
波数で変化する圧力に対して、ダイアフラム3が変形し
ようとした場合にキャビティ4内の空気が一種の緩衝材
となりダイアフラム3の撓む速度が遅くなり、センサの
応答性が劣化してしまう。
た従来の静電容量型センサでは、キャビティ4が差圧通
路7を介して大気開放されていることから、係る差圧通
路7を介してセンサ(キャビティ4)内に粉塵等が侵入
するおそれがある。そこで、通常は差圧通路7の開口の
面積を小さくして塵埃等の侵入を阻止するようにしてい
るが、係る構成にすると、差圧通路7における空気抵抗
が大きくなり、スムーズな空気の移動が抑制され、高周
波数で変化する圧力に対して、ダイアフラム3が変形し
ようとした場合にキャビティ4内の空気が一種の緩衝材
となりダイアフラム3の撓む速度が遅くなり、センサの
応答性が劣化してしまう。
【0005】もちろん、センサの応答性を良好にするた
めに、差圧通路7の開口の面積を大きくすると、上記の
ように差圧通路7を介してセンサ内部に粉塵,埃等が侵
入し、係る侵入物がダイアフラム3に接触すると、それ
以上のダイアフラム3が固定電極5側に接近する方向の
変位を阻止するので、正確な静電容量を検出できなくな
る。
めに、差圧通路7の開口の面積を大きくすると、上記の
ように差圧通路7を介してセンサ内部に粉塵,埃等が侵
入し、係る侵入物がダイアフラム3に接触すると、それ
以上のダイアフラム3が固定電極5側に接近する方向の
変位を阻止するので、正確な静電容量を検出できなくな
る。
【0006】また、応答性のみに着目した場合には、固
定電極の中心に開口するようにガラス基板に貫通孔を設
け、その貫通孔を介してキャビティ内を大気開放するよ
うにしたものもあるが、塵埃等の侵入の問題が残る。さ
らには、固定電極の中央が開口されることから電極面積
が小さくなり、しかも、係る固定電極の中央部は、ダイ
アフラムが撓んだ際に最も変位量が大きい部位に対向す
る部分であるため、感度の低下をきたすという新たな問
題を生じる。
定電極の中心に開口するようにガラス基板に貫通孔を設
け、その貫通孔を介してキャビティ内を大気開放するよ
うにしたものもあるが、塵埃等の侵入の問題が残る。さ
らには、固定電極の中央が開口されることから電極面積
が小さくなり、しかも、係る固定電極の中央部は、ダイ
アフラムが撓んだ際に最も変位量が大きい部位に対向す
る部分であるため、感度の低下をきたすという新たな問
題を生じる。
【0007】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題点を解
決し、応答性が良好で、かつ、粉塵等の侵入を防止し、
センサ感度が良好となる静電容量型センサを提供するこ
とにある。
もので、その目的とするところは、上記した問題点を解
決し、応答性が良好で、かつ、粉塵等の侵入を防止し、
センサ感度が良好となる静電容量型センサを提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る静電容量型センサでは、複数のダイ
アフラムを有する半導体基板と、固定基板とを接合して
一体化し、前記複数のダイアフラムと前記固定基板との
間には、それぞれ所定のギャップをおいたキャビティが
形成され、前記複数のダイアフラムのうち少なくとも一
つに可動電極を設けるとともに、その可動電極に対向す
る前記固定基板の表面所定位置に固定電極を設け、前記
固定電極と可動電極との間の静電容量により、その可動
電極を設けたダイアフラムに加わった物理量を検出可能
とした。そしてさらに、前記複数のキャビティは空間的
に接続されて、相互にキャビティ内の気体の移動を許容
するように構成した(請求項1)。
ため、本発明に係る静電容量型センサでは、複数のダイ
アフラムを有する半導体基板と、固定基板とを接合して
一体化し、前記複数のダイアフラムと前記固定基板との
間には、それぞれ所定のギャップをおいたキャビティが
形成され、前記複数のダイアフラムのうち少なくとも一
つに可動電極を設けるとともに、その可動電極に対向す
る前記固定基板の表面所定位置に固定電極を設け、前記
固定電極と可動電極との間の静電容量により、その可動
電極を設けたダイアフラムに加わった物理量を検出可能
とした。そしてさらに、前記複数のキャビティは空間的
に接続されて、相互にキャビティ内の気体の移動を許容
するように構成した(請求項1)。
【0009】また、固定基板の両面にそれぞれダイアフ
ラムを有する半導体基板を接合して一体化し、それら各
半導体基板に設けたダイアフラムと前記固定基板との間
には、それぞれ所定のギャップをおいたキャビティが形
成されるとともに、それら両キャビティは前記固定基板
を貫通する貫通孔により、空間的に接続されて、相互に
キャビティ内の気体の移動を許容するようにし、かつ、
少なくとも一方のキャビティに面するダイアフラムと固
定基板表面にそれぞれ可動電極と固定電極を設け、前記
固定電極と可動電極との間の静電容量により、その可動
電極を設けたダイアフラムに加わった物理量を検出可能
とするように構成してもよい(請求項2)。
ラムを有する半導体基板を接合して一体化し、それら各
半導体基板に設けたダイアフラムと前記固定基板との間
には、それぞれ所定のギャップをおいたキャビティが形
成されるとともに、それら両キャビティは前記固定基板
を貫通する貫通孔により、空間的に接続されて、相互に
キャビティ内の気体の移動を許容するようにし、かつ、
少なくとも一方のキャビティに面するダイアフラムと固
定基板表面にそれぞれ可動電極と固定電極を設け、前記
固定電極と可動電極との間の静電容量により、その可動
電極を設けたダイアフラムに加わった物理量を検出可能
とするように構成してもよい(請求項2)。
【0010】さらにまた、薄膜電極(請求項1,2でい
う固定電極に相当する機能を持つ)の両面にそれぞれダ
イアフラムを有する半導体基板を直接または間接的に接
合して一体化し、それら各半導体基板に設けたダイアフ
ラムと前記薄膜電極との間には、それぞれ所定のギャッ
プをおいたキャビティが形成されるとともに、それら両
キャビティは前記薄膜電極を貫通する貫通孔により、空
間的に接続されて、相互にキャビティ内の気体の移動を
許容するようにし、かつ、少なくとも一方のキャビティ
に面するダイアフラムに可動電極を設けるとともに、そ
の可動電極を設けた半導体基板と前記薄膜電極とを絶縁
状態にし、前記薄膜電極と可動電極との間の静電容量に
より、その可動電極を設けたダイアフラムに加わった物
理量を検出可能となるように構成してもよい(請求項
3)。
う固定電極に相当する機能を持つ)の両面にそれぞれダ
イアフラムを有する半導体基板を直接または間接的に接
合して一体化し、それら各半導体基板に設けたダイアフ
ラムと前記薄膜電極との間には、それぞれ所定のギャッ
プをおいたキャビティが形成されるとともに、それら両
キャビティは前記薄膜電極を貫通する貫通孔により、空
間的に接続されて、相互にキャビティ内の気体の移動を
許容するようにし、かつ、少なくとも一方のキャビティ
に面するダイアフラムに可動電極を設けるとともに、そ
の可動電極を設けた半導体基板と前記薄膜電極とを絶縁
状態にし、前記薄膜電極と可動電極との間の静電容量に
より、その可動電極を設けたダイアフラムに加わった物
理量を検出可能となるように構成してもよい(請求項
3)。
【0011】上記した各構成によれば、所定のダイアフ
ラムに物理量(圧力,加速度等)が加わることによっ
て、そのダイアフラムが所定方向に撓み、係るダイアフ
ラムに面するキャビティの容積が変わる。この時、複数
のキャビティは接続され、内部の気体が相互に移動可能
となっているので、仮に上記の物理量が加わったダイア
フラムが、キャビティの容積を縮小する方向に撓んだと
しても、係るキャビティ内の気体は、別のキャビティ内
に移動しようとする。そして、その別のキャビティ側で
は、ダイアフラムが変形して容積が増大することによ
り、気体の流入を許容する。よって、複数のキャビティ
の総容積はほとんど変化しないようにすることができる
ので、仮にダイアフラムがキャビティの容積を縮小する
方向に変形しても、従来のようにそのキャビティ内の気
体が圧縮されて圧力が増加し、ダイアフラムの変形を抑
制するようなことがなく、加わった物理量に応じた量だ
けダイアフラムがスムーズに変形する。つまり、あるダ
イアラムが所定方向に変形した場合には、別のダイアフ
ラムは逆方向に変形することにより、キャビティ内の圧
力をほぼ一定に保ち、加わった物理量に応じた距離だけ
瞬時にダイアフラムを変形させることができる。よっ
て、応答速度が向上し、瞬間的な圧力変化や、圧力値が
変動するような場合でも、精度よく圧力が検出される。
係る現象は、逆側(キャビティの容積を増加する方向)
にダイアフラムが変形する場合でも同様である。
ラムに物理量(圧力,加速度等)が加わることによっ
て、そのダイアフラムが所定方向に撓み、係るダイアフ
ラムに面するキャビティの容積が変わる。この時、複数
のキャビティは接続され、内部の気体が相互に移動可能
となっているので、仮に上記の物理量が加わったダイア
フラムが、キャビティの容積を縮小する方向に撓んだと
しても、係るキャビティ内の気体は、別のキャビティ内
に移動しようとする。そして、その別のキャビティ側で
は、ダイアフラムが変形して容積が増大することによ
り、気体の流入を許容する。よって、複数のキャビティ
の総容積はほとんど変化しないようにすることができる
ので、仮にダイアフラムがキャビティの容積を縮小する
方向に変形しても、従来のようにそのキャビティ内の気
体が圧縮されて圧力が増加し、ダイアフラムの変形を抑
制するようなことがなく、加わった物理量に応じた量だ
けダイアフラムがスムーズに変形する。つまり、あるダ
イアラムが所定方向に変形した場合には、別のダイアフ
ラムは逆方向に変形することにより、キャビティ内の圧
力をほぼ一定に保ち、加わった物理量に応じた距離だけ
瞬時にダイアフラムを変形させることができる。よっ
て、応答速度が向上し、瞬間的な圧力変化や、圧力値が
変動するような場合でも、精度よく圧力が検出される。
係る現象は、逆側(キャビティの容積を増加する方向)
にダイアフラムが変形する場合でも同様である。
【0012】また、請求項2,3のように構成した場合
には、半導体基板を重ねる分だけ厚みは厚くなるが、複
数のダイアフラムを一枚の半導体基板に形成しないの
で、ダイアフラムを形成するための平面形状は小さくな
る。
には、半導体基板を重ねる分だけ厚みは厚くなるが、複
数のダイアフラムを一枚の半導体基板に形成しないの
で、ダイアフラムを形成するための平面形状は小さくな
る。
【0013】また、請求項2の場合の貫通孔は固定基板
に形成し、請求項3の場合の貫通孔は薄膜電極に形成す
ることから、薄膜電極に形成する貫通孔の方が開口面積
を小さくすることができる。従って、キャビティが開放
されているような場合には、貫通孔の部分でも塵埃の侵
入を抑制できる効果が向上する。
に形成し、請求項3の場合の貫通孔は薄膜電極に形成す
ることから、薄膜電極に形成する貫通孔の方が開口面積
を小さくすることができる。従って、キャビティが開放
されているような場合には、貫通孔の部分でも塵埃の侵
入を抑制できる効果が向上する。
【0014】また、上記した構造を前提とし、一端がセ
ンサ外部に開口し他端が前記複数のキャビティのうちの
所定のキャビティに開口する差圧通路を設け、その差圧
通路を介してキャビティを大気開放するようなタイプで
は、前記差圧通路が開口されたキャビティには、測定対
象の前記物理量を検出する機能を設けないように構成す
るとよい(請求項4)。
ンサ外部に開口し他端が前記複数のキャビティのうちの
所定のキャビティに開口する差圧通路を設け、その差圧
通路を介してキャビティを大気開放するようなタイプで
は、前記差圧通路が開口されたキャビティには、測定対
象の前記物理量を検出する機能を設けないように構成す
るとよい(請求項4)。
【0015】ここで物理量を検出する機能とは、具体的
には、ダイアフラムに設けた可動電極と、それに対向す
る固定電極(薄膜電極)との間で発生する静電容量が物
理量により変化し、その変化に基づく信号を出力できる
ようになっている機能である。よって、固定電極を設け
なかったり、可動電極を設けなかったり、外部に引き出
す配線などを設けない等、各種の方法をとることにより
実現できる。
には、ダイアフラムに設けた可動電極と、それに対向す
る固定電極(薄膜電極)との間で発生する静電容量が物
理量により変化し、その変化に基づく信号を出力できる
ようになっている機能である。よって、固定電極を設け
なかったり、可動電極を設けなかったり、外部に引き出
す配線などを設けない等、各種の方法をとることにより
実現できる。
【0016】請求項1〜3のいずれの構成でも、空間的
に接続されたキャビティを複数設けることにより、応答
性が向上する。従って、差圧通路は、キャビティ内を大
気圧にするようになっていればよく、その通路の断面積
を小さくすることができる。よって、開放タイプであっ
ても塵埃などが侵入しにくくなる。但し、断面積を小さ
くしても、0にはならないので、より小さい塵埃は差圧
通路内を通ってキャビティ内に侵入してくるおそれもあ
る。係る場合であっても、請求項4のように構成するこ
とにより、最初に到達したキャビティは、物理量を検出
する機能がないので、係るキャビティに塵埃があっても
さほど問題がない。そして、最終的に物理量を検出する
機能を有するキャビティまで塵埃が到達するためには、
さらに貫通孔などのキャビティ間を接続する連絡通路を
通って別のキャビティにまで移動する必要があるので、
係る事態が発生する可能性は、可及的に減少する。つま
り、差圧通路に接続されたキャビティは一種のトラップ
部となり、そこに塵埃等をとどめる機能も持つ。
に接続されたキャビティを複数設けることにより、応答
性が向上する。従って、差圧通路は、キャビティ内を大
気圧にするようになっていればよく、その通路の断面積
を小さくすることができる。よって、開放タイプであっ
ても塵埃などが侵入しにくくなる。但し、断面積を小さ
くしても、0にはならないので、より小さい塵埃は差圧
通路内を通ってキャビティ内に侵入してくるおそれもあ
る。係る場合であっても、請求項4のように構成するこ
とにより、最初に到達したキャビティは、物理量を検出
する機能がないので、係るキャビティに塵埃があっても
さほど問題がない。そして、最終的に物理量を検出する
機能を有するキャビティまで塵埃が到達するためには、
さらに貫通孔などのキャビティ間を接続する連絡通路を
通って別のキャビティにまで移動する必要があるので、
係る事態が発生する可能性は、可及的に減少する。つま
り、差圧通路に接続されたキャビティは一種のトラップ
部となり、そこに塵埃等をとどめる機能も持つ。
【0017】また、上記した構造を前提とした別の構成
としては、前記複数のキャビティは密閉されたタイプに
し、さらに、各キャビティに、測定対象の前記物理量を
検出する機能を備えるようにしてもよい(請求項5)。
としては、前記複数のキャビティは密閉されたタイプに
し、さらに、各キャビティに、測定対象の前記物理量を
検出する機能を備えるようにしてもよい(請求項5)。
【0018】係る密閉型の構成にすると、塵埃の侵入の
問題は解消される。また、あるダイアフラムに物理量が
かかってダイアフラムが変形すると、別のダイアフラム
は逆方向に変形する。このように差動的な変形が行われ
る。従って、第2の実施の形態でも説明しているよう
に、いずれのキャビティにおいても各ダイアフラムの変
形に伴い、静電容量の変化を検出できるようにしておく
と、各キャビティからの出力を適宜四則演算することに
より、物理量の変化に対するセンサ出力の変化量を大き
くとることができ、感度が向上する。
問題は解消される。また、あるダイアフラムに物理量が
かかってダイアフラムが変形すると、別のダイアフラム
は逆方向に変形する。このように差動的な変形が行われ
る。従って、第2の実施の形態でも説明しているよう
に、いずれのキャビティにおいても各ダイアフラムの変
形に伴い、静電容量の変化を検出できるようにしておく
と、各キャビティからの出力を適宜四則演算することに
より、物理量の変化に対するセンサ出力の変化量を大き
くとることができ、感度が向上する。
【0019】なお、請求項4,5では、トラップ効果と
感度向上を図るために適したタイプ(開放型/密閉型)
を規定したが、実施の形態でも説明したように、それら
請求項4,5に該当しない開放型ですべてのキャビティ
に検出機能を設けたり、密閉型で一部のキャビティにの
み検出機能を設けるものであっても、請求項1〜3に記
載の発明には当然含まれるものである。
感度向上を図るために適したタイプ(開放型/密閉型)
を規定したが、実施の形態でも説明したように、それら
請求項4,5に該当しない開放型ですべてのキャビティ
に検出機能を設けたり、密閉型で一部のキャビティにの
み検出機能を設けるものであっても、請求項1〜3に記
載の発明には当然含まれるものである。
【0020】また、各請求項1〜3に記載の発明は、い
ずれも、空間的に接続された複数のキャビティを設け、
そのキャビティに面する各ダイアフラムが適宜の方向に
変形することにより、物理量が加わったダイアフラムが
迅速に変形し、応答性が良好なセンサとなるという技術
思想が共通している。
ずれも、空間的に接続された複数のキャビティを設け、
そのキャビティに面する各ダイアフラムが適宜の方向に
変形することにより、物理量が加わったダイアフラムが
迅速に変形し、応答性が良好なセンサとなるという技術
思想が共通している。
【0021】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る静電容量型セ
ンサの第1の実施の形態を示している。同図に示すよう
に、本形態では、圧力センサに適用した例を示してい
る。シリコン基板1の上にガラス基板2を陽極接合によ
り一体化している。シリコン基板1の長さをガラス基板
2の長さよりも長くし、シリコン基板1の接合側の表面
の一部が外部に露出するようにしている。そして、当該
露出部分に酸化膜8を形成する(一部未形成領域も有す
る)とともに、所定のメタルを蒸着させることによりそ
の酸化膜8の上面所定位置及び未形成領域にそれぞれ電
極取りだし用のパッド9が形成されている。係るパッド
9にボンディングワイヤ(図示省略)が接続され、図外
の測定器に電気信号を送出することができる。
ンサの第1の実施の形態を示している。同図に示すよう
に、本形態では、圧力センサに適用した例を示してい
る。シリコン基板1の上にガラス基板2を陽極接合によ
り一体化している。シリコン基板1の長さをガラス基板
2の長さよりも長くし、シリコン基板1の接合側の表面
の一部が外部に露出するようにしている。そして、当該
露出部分に酸化膜8を形成する(一部未形成領域も有す
る)とともに、所定のメタルを蒸着させることによりそ
の酸化膜8の上面所定位置及び未形成領域にそれぞれ電
極取りだし用のパッド9が形成されている。係るパッド
9にボンディングワイヤ(図示省略)が接続され、図外
の測定器に電気信号を送出することができる。
【0022】また、シリコン基板1には、圧力を受けて
変位する薄肉の第1ダイアフラム11が形成され、その
第1ダイアフラム11とガラス基板2の対向面との間に
は、所定のギャップをおいた所定の容積からなる第1キ
ャビティ13が形成される。さらに、ガラス基板2の接
合面側表面のうち前記第1ダイアフラム11に対向する
領域に固定電極5が形成されている。
変位する薄肉の第1ダイアフラム11が形成され、その
第1ダイアフラム11とガラス基板2の対向面との間に
は、所定のギャップをおいた所定の容積からなる第1キ
ャビティ13が形成される。さらに、ガラス基板2の接
合面側表面のうち前記第1ダイアフラム11に対向する
領域に固定電極5が形成されている。
【0023】そして、係る固定電極5は、クロム等を蒸
着あるいはスパタッタリングして形成することができ、
この固定電極5とパッド9を接続するための配線10と
同時に形成される。なお、この配線10に対向するシリ
コン基板1の表面には配線10の幅よりも広い溝(図示
省略する)を設け、シリコン基板1と配線10が接触し
て導通するのを抑制し、かつ、係る溝内にポリイミド等
の樹脂を充填することにより、センサ内部をセンサ外部
から遮断している。
着あるいはスパタッタリングして形成することができ、
この固定電極5とパッド9を接続するための配線10と
同時に形成される。なお、この配線10に対向するシリ
コン基板1の表面には配線10の幅よりも広い溝(図示
省略する)を設け、シリコン基板1と配線10が接触し
て導通するのを抑制し、かつ、係る溝内にポリイミド等
の樹脂を充填することにより、センサ内部をセンサ外部
から遮断している。
【0024】もちろん、固定電極5と対向する上記第1
ダイアフラム11の面が、可動電極18となり、両電極
5,18間にギャップ間距離に応じた静電容量が発生
し、係る静電容量に対応した信号が上記配線10などを
介して外部に出力可能となる。係る点では、従来の静電
式圧力センサと同様である。
ダイアフラム11の面が、可動電極18となり、両電極
5,18間にギャップ間距離に応じた静電容量が発生
し、係る静電容量に対応した信号が上記配線10などを
介して外部に出力可能となる。係る点では、従来の静電
式圧力センサと同様である。
【0025】ここで、本形態では、前記圧力を感知する
第1ダイアフラム11の他に、シリコン基板1に第2ダ
イアフラム12を形成されている。そして、第2ダイア
フラム12と、ガラス基板2との間にも、所定のギャッ
プからなる第2キャビティ14が形成される。さらに、
シリコン基板1のガラス基板2側(図中では上側)に
は、両ダイアフラム11,12を接続するように凹溝1
7が形成されており、係る凹溝17によって第1キャビ
ティ13と第2キャビティ14が空間的に接続されてい
る。なお、第1,第2ダイアフラム11,12並びに凹
溝17は、同一のエッチング工程により、同時に形成す
ることができる。
第1ダイアフラム11の他に、シリコン基板1に第2ダ
イアフラム12を形成されている。そして、第2ダイア
フラム12と、ガラス基板2との間にも、所定のギャッ
プからなる第2キャビティ14が形成される。さらに、
シリコン基板1のガラス基板2側(図中では上側)に
は、両ダイアフラム11,12を接続するように凹溝1
7が形成されており、係る凹溝17によって第1キャビ
ティ13と第2キャビティ14が空間的に接続されてい
る。なお、第1,第2ダイアフラム11,12並びに凹
溝17は、同一のエッチング工程により、同時に形成す
ることができる。
【0026】さらに、本形態では、キャビティ内を大気
開放したタイプであるので、従来と同様にシリコン基板
1の接合面側表面に凹溝を形成することにより差圧通路
7を形成しているが、その形成位置を測定圧力を受ける
第1ダイアフラム11と固定電極5間に形成される第1
キャビティ13ではなく、第2キャビティ14に開口す
るようにしている。これにより、第1キャビティ13内
は、凹溝17,第2キャビティ14並びに差圧通路7を
介してセンサ外の大気と連通するようになる。なお、係
る差圧通路7は、第1,第2ダイアフラム11,12と
ガラス基板2とのギャップ間距離よりも十分小さく(例
えば0.3μm程度)し、両キャビティ13,14内部
に塵埃が侵入するのを可及的に抑制するようにしてい
る。
開放したタイプであるので、従来と同様にシリコン基板
1の接合面側表面に凹溝を形成することにより差圧通路
7を形成しているが、その形成位置を測定圧力を受ける
第1ダイアフラム11と固定電極5間に形成される第1
キャビティ13ではなく、第2キャビティ14に開口す
るようにしている。これにより、第1キャビティ13内
は、凹溝17,第2キャビティ14並びに差圧通路7を
介してセンサ外の大気と連通するようになる。なお、係
る差圧通路7は、第1,第2ダイアフラム11,12と
ガラス基板2とのギャップ間距離よりも十分小さく(例
えば0.3μm程度)し、両キャビティ13,14内部
に塵埃が侵入するのを可及的に抑制するようにしてい
る。
【0027】次に、この第1の実施の形態の作用につい
て説明する。図1に示す第1ダイアフラム11,第2ダ
イアフラム12がともに平坦の状態は、物理量(測定圧
力)が加わっていない定常状態である。この状態から第
1ダイアフラム11のみの外側(図中下面)に測定対象
となるガス圧が加わると、そのガス圧と第1キャビティ
13内の大気圧との差に応じた量だけ第1ダイアフラム
11が撓む。そして、ガス圧が大気圧よりも高い場合に
は、図2に示すように、第1ダイアフラム11は上方
(固定電極5に近づく方向)に撓む。すると、第1キャ
ビティ13内の空気は第1ダイアフラム11に押し出さ
れて、凹溝17を介して第2キャビティ14内に移動す
る。この時、差圧通路7の隙間は小さいために、第2キ
ャビティ14内に移動した空気はセンサ外部にわずかず
つしか放出されないが、第2ダイアフラム12が下方
(ガラス基板2から離れる方向)に撓むことによって、
第1,第2キャビティ13,14をあわせた容積はほと
んど変化しないようにできる。従って、センサ内部の圧
力は大気圧のままとなり、従来のように第1キャビティ
13の空間が狭くなることにより、キャビティ内部の空
気が圧縮されて圧力が上昇して、第1ダイアフラム11
の変位を抑制することがない。
て説明する。図1に示す第1ダイアフラム11,第2ダ
イアフラム12がともに平坦の状態は、物理量(測定圧
力)が加わっていない定常状態である。この状態から第
1ダイアフラム11のみの外側(図中下面)に測定対象
となるガス圧が加わると、そのガス圧と第1キャビティ
13内の大気圧との差に応じた量だけ第1ダイアフラム
11が撓む。そして、ガス圧が大気圧よりも高い場合に
は、図2に示すように、第1ダイアフラム11は上方
(固定電極5に近づく方向)に撓む。すると、第1キャ
ビティ13内の空気は第1ダイアフラム11に押し出さ
れて、凹溝17を介して第2キャビティ14内に移動す
る。この時、差圧通路7の隙間は小さいために、第2キ
ャビティ14内に移動した空気はセンサ外部にわずかず
つしか放出されないが、第2ダイアフラム12が下方
(ガラス基板2から離れる方向)に撓むことによって、
第1,第2キャビティ13,14をあわせた容積はほと
んど変化しないようにできる。従って、センサ内部の圧
力は大気圧のままとなり、従来のように第1キャビティ
13の空間が狭くなることにより、キャビティ内部の空
気が圧縮されて圧力が上昇して、第1ダイアフラム11
の変位を抑制することがない。
【0028】よって、第1ダイアフラム11に圧力が加
わると、第1ダイアフラム11の変位に追従してスムー
ズに第1キャビティ13内の空気が第2キャビティ14
側に移動されるので、第1ダイアフラム11の変形は瞬
間的に行われ、センサの応答性は良好となる。
わると、第1ダイアフラム11の変位に追従してスムー
ズに第1キャビティ13内の空気が第2キャビティ14
側に移動されるので、第1ダイアフラム11の変形は瞬
間的に行われ、センサの応答性は良好となる。
【0029】なお、測定圧力が加わったままの場合に
は、時間の経過とともに、第2キャビティ14内の空気
は差圧通路7を介して外部に排出され、第2ダイアフラ
ム12は通常状態となる。また、第1ダイアフラムが元
に戻るときのように、ガラス基板2から離れる方向に移
動する場合には、上記と逆の原理に従い、やはり、必要
に応じてキャビティ間での空気の移動が行われ、第1ダ
イアフラム11は、スムーズに変位する。
は、時間の経過とともに、第2キャビティ14内の空気
は差圧通路7を介して外部に排出され、第2ダイアフラ
ム12は通常状態となる。また、第1ダイアフラムが元
に戻るときのように、ガラス基板2から離れる方向に移
動する場合には、上記と逆の原理に従い、やはり、必要
に応じてキャビティ間での空気の移動が行われ、第1ダ
イアフラム11は、スムーズに変位する。
【0030】これにより、瞬間的に加わる圧力や、圧力
値が変動するような場合であっても、本発明のセンサで
は応答性がよいので、精度よく測定できる。さらに、第
1ダイアフラム11が撓んだ場合に、最も変位する中央
部分に対向する部位にも固定電極5の電極面が存在する
ので、感度も良好となる。
値が変動するような場合であっても、本発明のセンサで
は応答性がよいので、精度よく測定できる。さらに、第
1ダイアフラム11が撓んだ場合に、最も変位する中央
部分に対向する部位にも固定電極5の電極面が存在する
ので、感度も良好となる。
【0031】なお、上記のように第2ダイアフラム12
をスムーズに変形させるためには、第2ダイアフラム1
2の外側面(図中下側)も大気開放しているのが好まし
い。従って、図示したセンサをダイボンドするステムや
基板などには、第2ダイアフラム12に対向する位置に
所定の貫通孔を設け、大気圧がかかるようにするのがよ
い。
をスムーズに変形させるためには、第2ダイアフラム1
2の外側面(図中下側)も大気開放しているのが好まし
い。従って、図示したセンサをダイボンドするステムや
基板などには、第2ダイアフラム12に対向する位置に
所定の貫通孔を設け、大気圧がかかるようにするのがよ
い。
【0032】図3は本発明に係る静電容量型センサの第
2の実施の形態を示している。本形態では、第1の実施
の形態と相違して、ガラス基板2の表面の第2ダイアフ
ラム12に対向する位置に副固定電極20が形成されて
いる。そして、第2ダイアフラム12の副固定電極20
に対向する面が副可動電極21となる。また、本形態で
は、第2キャビティ14と外部を接続するための差圧通
路は形成されておらず、第1キャビティ13,第2キャ
ビティ14を密閉状態としている。
2の実施の形態を示している。本形態では、第1の実施
の形態と相違して、ガラス基板2の表面の第2ダイアフ
ラム12に対向する位置に副固定電極20が形成されて
いる。そして、第2ダイアフラム12の副固定電極20
に対向する面が副可動電極21となる。また、本形態で
は、第2キャビティ14と外部を接続するための差圧通
路は形成されておらず、第1キャビティ13,第2キャ
ビティ14を密閉状態としている。
【0033】さらに、本形態では、第2ダイアフラム1
2の外側に位置するシリコン基板1の側面所定位置を除
去し、開口部22を設けている。これにより、センサを
ステム23に固定する際に、ステム23に特に貫通孔を
設けなくても第2ダイアフラム12の下面は開口部22
を介して大気圧がかかるようになる。よって、第2ダイ
アフラム12を、スムーズに変形させることができる。
2の外側に位置するシリコン基板1の側面所定位置を除
去し、開口部22を設けている。これにより、センサを
ステム23に固定する際に、ステム23に特に貫通孔を
設けなくても第2ダイアフラム12の下面は開口部22
を介して大気圧がかかるようになる。よって、第2ダイ
アフラム12を、スムーズに変形させることができる。
【0034】本形態における静電容量型センサの作用を
説明する。第1ダイアフラム11の下面に測定対象とな
るガス圧を加えると、第1ダイアフラム11が所定量だ
け撓むとともに、第2ダイアフラムが逆方向に撓むこと
により、第1ダイアフラムの変形が応答性よく行われる
ことは、第1の実施の形態と同様である。なお、加えら
れたガス圧の比較基準圧力は、キャビティ13,14が
密閉されていることから、キャビティ内の圧力となり、
キャビティ内との測対圧が計測される。
説明する。第1ダイアフラム11の下面に測定対象とな
るガス圧を加えると、第1ダイアフラム11が所定量だ
け撓むとともに、第2ダイアフラムが逆方向に撓むこと
により、第1ダイアフラムの変形が応答性よく行われる
ことは、第1の実施の形態と同様である。なお、加えら
れたガス圧の比較基準圧力は、キャビティ13,14が
密閉されていることから、キャビティ内の圧力となり、
キャビティ内との測対圧が計測される。
【0035】さらに本形態では、ガラス基板2の第2ダ
イアフラム12に対向する位置にも副固定電極20が形
成されているので、第1ダイアフラム11の変形によっ
て、可動電極18と固定電極5の静電容量が変化すると
同時に、第2ダイアフラム12の変形によって、副可動
電極21と副固定電極20の静電容量も変化する。この
状態を図示すると、図4のように示すことができる。
イアフラム12に対向する位置にも副固定電極20が形
成されているので、第1ダイアフラム11の変形によっ
て、可動電極18と固定電極5の静電容量が変化すると
同時に、第2ダイアフラム12の変形によって、副可動
電極21と副固定電極20の静電容量も変化する。この
状態を図示すると、図4のように示すことができる。
【0036】すなわち、図4は、測定対象のガス圧の変
化に対する第1ダイアフラム11と固定電極5の静電容
量の変化と、測定対象のガス圧の変化に対する第2ダイ
アフラム12と副固定電極20の静電容量の変化を示し
ている。同図(A)に示すように、測定対象のガス圧が
高くなると、第1ダイアフラム11は固定電極5に近づ
くために、可動電極18と固定電極5の静電容量C1は
大きくなる。これに追従して第2ダイアフラム12は副
固定電極20から離れるので、同図(B)に示すよう
に、副可動電極21と副固定電極20の静電容量C2は
小さくなる。
化に対する第1ダイアフラム11と固定電極5の静電容
量の変化と、測定対象のガス圧の変化に対する第2ダイ
アフラム12と副固定電極20の静電容量の変化を示し
ている。同図(A)に示すように、測定対象のガス圧が
高くなると、第1ダイアフラム11は固定電極5に近づ
くために、可動電極18と固定電極5の静電容量C1は
大きくなる。これに追従して第2ダイアフラム12は副
固定電極20から離れるので、同図(B)に示すよう
に、副可動電極21と副固定電極20の静電容量C2は
小さくなる。
【0037】したがって、両静電容量C1,C2を差動
式にすることにより、両静電容量の変化量の絶対値を加
算すると、加わった圧力に対する出力の変化量を大きく
することができ、感度が向上する。
式にすることにより、両静電容量の変化量の絶対値を加
算すると、加わった圧力に対する出力の変化量を大きく
することができ、感度が向上する。
【0038】また、両ダイアフラム11,12の寸法形
状や、両キャビティ13,14の容積等を等しくしてお
くと、静電容量C2の変化量d2は静電容量C1の変化
量d1と同じになる。従って、圧力に対する出力の変化
が単純となり、圧力値の算出がしやすくなる。
状や、両キャビティ13,14の容積等を等しくしてお
くと、静電容量C2の変化量d2は静電容量C1の変化
量d1と同じになる。従って、圧力に対する出力の変化
が単純となり、圧力値の算出がしやすくなる。
【0039】なお、本形態のように密閉型であっても、
第1の実施の形態と同様に第1キャビティ13側で発生
する静電容量のみに基づいて圧力測定を行うようにして
もよい。また、第1の実施の形態のように大気開放型で
あっても、第2キャビティ14側にも電極を設け、両キ
ャビティにおける静電容量の変化を利用するようにして
もよい。但し、開放型の場合には、時間経過に伴い第2
ダイアフラムは平坦な状態に戻るので、瞬間的な圧力変
動や、圧力値が高周波数で変動し、第2ダイアフラムが
追従して変動するような圧力を測定する場合に使用する
のに適する。
第1の実施の形態と同様に第1キャビティ13側で発生
する静電容量のみに基づいて圧力測定を行うようにして
もよい。また、第1の実施の形態のように大気開放型で
あっても、第2キャビティ14側にも電極を設け、両キ
ャビティにおける静電容量の変化を利用するようにして
もよい。但し、開放型の場合には、時間経過に伴い第2
ダイアフラムは平坦な状態に戻るので、瞬間的な圧力変
動や、圧力値が高周波数で変動し、第2ダイアフラムが
追従して変動するような圧力を測定する場合に使用する
のに適する。
【0040】図5は本発明に係る静電容量型センサの第
3の実施の形態を示している。同図に示すように、ガラ
ス基板29が、第1シリコン基板30と第2シリコン基
板31に挟まれ、陽極接合された三層構造を基本として
いる。
3の実施の形態を示している。同図に示すように、ガラ
ス基板29が、第1シリコン基板30と第2シリコン基
板31に挟まれ、陽極接合された三層構造を基本として
いる。
【0041】そして、本形態では、第1シリコン基板3
0,第2シリコン基板31のいずれもその接合面側の中
央をエッチングにより除去して凹部(最終的に第1キャ
ビティ32,第2キャビティ33になる)を形成すると
ともに、反対側面を大きく除去することにより薄肉の第
1ダイアフラム34,第2ダイアフラム35を形成す
る。
0,第2シリコン基板31のいずれもその接合面側の中
央をエッチングにより除去して凹部(最終的に第1キャ
ビティ32,第2キャビティ33になる)を形成すると
ともに、反対側面を大きく除去することにより薄肉の第
1ダイアフラム34,第2ダイアフラム35を形成す
る。
【0042】そして、第1シリコン基板30に設けた第
1ダイアフラム34に対向するガラス基板29の表面
に、固定電極36が形成されており、第1ダイアフラム
34の上面が可動電極37となる。さらに、この固定電
極36の中心に開口するようにして、ガラス基板29を
貫通する貫通孔38を形成している。
1ダイアフラム34に対向するガラス基板29の表面
に、固定電極36が形成されており、第1ダイアフラム
34の上面が可動電極37となる。さらに、この固定電
極36の中心に開口するようにして、ガラス基板29を
貫通する貫通孔38を形成している。
【0043】一方、このように貫通孔38を設けること
により、第1シリコン基板30とガラス基板29との間
に形成した第1キャビティ32と、第2シリコン基板3
1とガラス基板29との間に形成した第2キャビティ3
3が空間的に接続され、係る貫通孔38を介して空気の
移動が可能となる。
により、第1シリコン基板30とガラス基板29との間
に形成した第1キャビティ32と、第2シリコン基板3
1とガラス基板29との間に形成した第2キャビティ3
3が空間的に接続され、係る貫通孔38を介して空気の
移動が可能となる。
【0044】さらに、第2シリコン基板31の下面をエ
ッチングすることにより、差圧通路39が形成されてい
る。この差圧通路39は第2キャビティ33と外部を接
続するように形成されている。これにより、第2キャビ
ティ33ひいては第1キャビティ32が大気開放され
る。
ッチングすることにより、差圧通路39が形成されてい
る。この差圧通路39は第2キャビティ33と外部を接
続するように形成されている。これにより、第2キャビ
ティ33ひいては第1キャビティ32が大気開放され
る。
【0045】また、上記の差圧通路39は、第2キャビ
ティ35よりも浅くエッチングされて形成されており、
差圧通路39の底面とガラス基板29との隙間を小さく
している。よって、第2キャビティ33内に塵埃等が侵
入するのを可及的に抑制する。従って、第1キャビティ
32側にも塵埃等の侵入が阻止される。
ティ35よりも浅くエッチングされて形成されており、
差圧通路39の底面とガラス基板29との隙間を小さく
している。よって、第2キャビティ33内に塵埃等が侵
入するのを可及的に抑制する。従って、第1キャビティ
32側にも塵埃等の侵入が阻止される。
【0046】本形態における静電容量型センサでは、測
定対象のガスを第1ダイアフラム34の下面に加えるこ
とで、測定対象のガス圧とセンサ内部の圧力(大気圧)
との差により、第1ダイアフラム34を撓ませ、可動電
極37と固定電極36の静電容量の変化から測定対象の
ガス圧を算出している。
定対象のガスを第1ダイアフラム34の下面に加えるこ
とで、測定対象のガス圧とセンサ内部の圧力(大気圧)
との差により、第1ダイアフラム34を撓ませ、可動電
極37と固定電極36の静電容量の変化から測定対象の
ガス圧を算出している。
【0047】この時、上記した各実施の形態と同様に、
貫通孔38を介して第1キャビティ32と第2キャビテ
ィ33の間で空気の移動が行われるので、第1ダイアフ
ラム34がガラス基板29側に近づくように撓んだ場合
には、第1のキャビティ32内の空気は貫通孔38を介
して第2キャビティ33側に移動しようとし、それを受
けて第2ダイアフラム35がガラス基板29から離れる
方向に撓むことにより、第2キャビティ33の容積を増
大させ、上記空気の移動を瞬時に行わせる。よって、応
答性が良好なセンサとなる。
貫通孔38を介して第1キャビティ32と第2キャビテ
ィ33の間で空気の移動が行われるので、第1ダイアフ
ラム34がガラス基板29側に近づくように撓んだ場合
には、第1のキャビティ32内の空気は貫通孔38を介
して第2キャビティ33側に移動しようとし、それを受
けて第2ダイアフラム35がガラス基板29から離れる
方向に撓むことにより、第2キャビティ33の容積を増
大させ、上記空気の移動を瞬時に行わせる。よって、応
答性が良好なセンサとなる。
【0048】さらに、本形態における静電容量型センサ
では、ガラス基板2の上下面に第1シリコン基板30,
第2シリコン基板31を重ねて接合され、第1ダイアフ
ラム34と第2ダイアフラム37を形成しているので、
ダイアフラムを複数設けるために一枚のシリコン基板の
面積を大きくする必要がない。よって、第1,第2の実
施の形態における静電容量型センサよりも、平面形状が
小型化することができる。
では、ガラス基板2の上下面に第1シリコン基板30,
第2シリコン基板31を重ねて接合され、第1ダイアフ
ラム34と第2ダイアフラム37を形成しているので、
ダイアフラムを複数設けるために一枚のシリコン基板の
面積を大きくする必要がない。よって、第1,第2の実
施の形態における静電容量型センサよりも、平面形状が
小型化することができる。
【0049】また、本形態では、差圧通路39の開口面
積を小さくすることにより、塵埃等の侵入を抑制するこ
とは上記した通りであるが、仮に差圧通路39を介して
センサ内に塵埃等が侵入してきたとしても、第2キャビ
ティ33内に一旦侵入するので、圧力を測定するための
静電容量に影響する第1キャビティ32内に侵入する可
能性は低い。なお、係る作用効果は、第1の実施の形態
でも第2キャビティ14側に差圧通路7を設けたため、
同様のことがいえる。
積を小さくすることにより、塵埃等の侵入を抑制するこ
とは上記した通りであるが、仮に差圧通路39を介して
センサ内に塵埃等が侵入してきたとしても、第2キャビ
ティ33内に一旦侵入するので、圧力を測定するための
静電容量に影響する第1キャビティ32内に侵入する可
能性は低い。なお、係る作用効果は、第1の実施の形態
でも第2キャビティ14側に差圧通路7を設けたため、
同様のことがいえる。
【0050】一方、本実施の形態における第2キャビテ
ィの容量を大きくして、応答性をさらに良好にすること
もできる。すなわち、図6に示すように、第2シリコン
基板31の接合面側のエッチング量を大きくし、第2キ
ャビティ33′の容積を第1キャビティ32の容積より
も大きくする。すると、第1キャビティ32内から第2
キャビティ35′内に移動可能な許容量が、図5に示す
静電容量型センサのそれよりも多くなる。しかも、第2
ダイアフラム35の撓み量を小さくできるので、係る第
2ダイアフラム35の弾性力による反力の影響がより受
けにくくなり、より短時間にスムーズな空気の移動が確
保でき、センサの応答性はさらに向上する。
ィの容量を大きくして、応答性をさらに良好にすること
もできる。すなわち、図6に示すように、第2シリコン
基板31の接合面側のエッチング量を大きくし、第2キ
ャビティ33′の容積を第1キャビティ32の容積より
も大きくする。すると、第1キャビティ32内から第2
キャビティ35′内に移動可能な許容量が、図5に示す
静電容量型センサのそれよりも多くなる。しかも、第2
ダイアフラム35の撓み量を小さくできるので、係る第
2ダイアフラム35の弾性力による反力の影響がより受
けにくくなり、より短時間にスムーズな空気の移動が確
保でき、センサの応答性はさらに向上する。
【0051】図7は本発明に係る静電容量型センサの第
4の実施の形態を示している。本形態では、上記した第
3の実施の形態と同様に、第1,第2シリコン基板3
0,31を積層し、第1キャビティ32と第2キャビテ
ィ33とを上下に配置した構造となっている。ここで、
第3の実施の形態と相違することは、固定電極付きのガ
ラス基板に替えて、クロム等の薄膜電極40の上下両面
を絶縁膜41で被覆したものを用いる。つまり、係る三
層構造の膜をその両側から第1,第2シリコン基板3
0,31で挟み込むようにして接合する。すると、その
接合部分では、絶縁膜41が存在するので、薄膜電極4
0と両シリコン基板30,31とは絶縁される。これに
より、第1ダイアフラム34に設けた可動電極36と、
薄膜電極40との間に静電容量が発生する。
4の実施の形態を示している。本形態では、上記した第
3の実施の形態と同様に、第1,第2シリコン基板3
0,31を積層し、第1キャビティ32と第2キャビテ
ィ33とを上下に配置した構造となっている。ここで、
第3の実施の形態と相違することは、固定電極付きのガ
ラス基板に替えて、クロム等の薄膜電極40の上下両面
を絶縁膜41で被覆したものを用いる。つまり、係る三
層構造の膜をその両側から第1,第2シリコン基板3
0,31で挟み込むようにして接合する。すると、その
接合部分では、絶縁膜41が存在するので、薄膜電極4
0と両シリコン基板30,31とは絶縁される。これに
より、第1ダイアフラム34に設けた可動電極36と、
薄膜電極40との間に静電容量が発生する。
【0052】さらに、薄膜電極40,絶縁膜41の中央
部分には、貫通孔42が設けられ、この貫通孔42を介
して第1,第2キャビティ32,33が空間的に接続さ
れる。そして、第2シリコン基板31側には、差圧通路
39が設けられ、両キャビティ32,33が大気開放さ
れている。
部分には、貫通孔42が設けられ、この貫通孔42を介
して第1,第2キャビティ32,33が空間的に接続さ
れる。そして、第2シリコン基板31側には、差圧通路
39が設けられ、両キャビティ32,33が大気開放さ
れている。
【0053】なお、この実施の形態における作用・効果
は、基本的には第3の実施の形態と同様である。さらに
本形態では、貫通孔42は、薄膜に形成されるため、ガ
ラス基板29に形成する貫通孔38の径に比べて、微小
な径を作ることが可能となる。具体的には、ガラス基板
の場合には、直径が数μmを開けることは困難である
が、薄膜電極の場合には、μm単位での穴開けが可能と
なる。そして、応答性は、係る貫通孔42の直径が数μ
mあれば十分な機能が得られる。よって、そのように貫
通孔42の径を小さくすることにより、仮に第2キャビ
ティ33内に塵埃が侵入してきたとしても、係る塵埃が
第1キャビティ32側に侵入するのを阻止できる。よっ
て、係る塵埃等の侵入の効果が、より顕著に発揮できる
ようになる。また、そのように貫通孔42の直径を小さ
くした場合には、有効な固定電極の面積が大きくとれ、
ガラス基板に貫通孔を設けたことによる感度の低下を招
くことがなくる。
は、基本的には第3の実施の形態と同様である。さらに
本形態では、貫通孔42は、薄膜に形成されるため、ガ
ラス基板29に形成する貫通孔38の径に比べて、微小
な径を作ることが可能となる。具体的には、ガラス基板
の場合には、直径が数μmを開けることは困難である
が、薄膜電極の場合には、μm単位での穴開けが可能と
なる。そして、応答性は、係る貫通孔42の直径が数μ
mあれば十分な機能が得られる。よって、そのように貫
通孔42の径を小さくすることにより、仮に第2キャビ
ティ33内に塵埃が侵入してきたとしても、係る塵埃が
第1キャビティ32側に侵入するのを阻止できる。よっ
て、係る塵埃等の侵入の効果が、より顕著に発揮できる
ようになる。また、そのように貫通孔42の直径を小さ
くした場合には、有効な固定電極の面積が大きくとれ、
ガラス基板に貫通孔を設けたことによる感度の低下を招
くことがなくる。
【0054】なお、絶縁膜41は、薄膜電極40の全面
を覆う必要はなく、例えばシリコン基板との接合部位に
存在していればよい。さらには、圧力を検知するための
第1シリコン基板30の可動電極36と薄膜電極40と
の間で絶縁がとれるようになっていれば、具体的な構造
は問わない。なおまた、本実施の形態においても、第3
の実施の形態の変形例のように、第2キャビティの容積
を大きくするようにしてもよい。
を覆う必要はなく、例えばシリコン基板との接合部位に
存在していればよい。さらには、圧力を検知するための
第1シリコン基板30の可動電極36と薄膜電極40と
の間で絶縁がとれるようになっていれば、具体的な構造
は問わない。なおまた、本実施の形態においても、第3
の実施の形態の変形例のように、第2キャビティの容積
を大きくするようにしてもよい。
【0055】図8は、本発明に係る静電容量型センサの
第5の実施の形態を示している。本実施の形態では、上
記した第4の実施の形態を基本とし、貫通孔42′の形
成位置を薄膜電極40,絶縁膜41の周囲に複数個形成
している。係る構成にすることにより、ダイアフラム3
4の変位の大きい中央部分に対向する位置に薄膜電極4
0を位置させることができるので、感度が向上する。な
お、その他の構成並びに作用効果は上記した第4の実施
の形態と同様であるので、同一符号を付し、その詳細な
説明を省略する。
第5の実施の形態を示している。本実施の形態では、上
記した第4の実施の形態を基本とし、貫通孔42′の形
成位置を薄膜電極40,絶縁膜41の周囲に複数個形成
している。係る構成にすることにより、ダイアフラム3
4の変位の大きい中央部分に対向する位置に薄膜電極4
0を位置させることができるので、感度が向上する。な
お、その他の構成並びに作用効果は上記した第4の実施
の形態と同様であるので、同一符号を付し、その詳細な
説明を省略する。
【0056】図9は、本発明に係る静電容量型センサの
第6の実施の形態を示している。上記した各実施の形態
では圧力を測定するための静電容量型センサを説明した
が、本実施の形態では、加速度センサに適用した例を示
している。すなわち、図示の例では、第4の実施の形態
を基本とし、物理量を感知するための第1ダイアフラム
34に重り45を取り付けている。その他の構造は、第
4の実施の形態と同様であるので、同一符号を付しその
詳細な説明を省略する。
第6の実施の形態を示している。上記した各実施の形態
では圧力を測定するための静電容量型センサを説明した
が、本実施の形態では、加速度センサに適用した例を示
している。すなわち、図示の例では、第4の実施の形態
を基本とし、物理量を感知するための第1ダイアフラム
34に重り45を取り付けている。その他の構造は、第
4の実施の形態と同様であるので、同一符号を付しその
詳細な説明を省略する。
【0057】本形態における静電容量型センサ(加速度
センサ)によれば、センサに加速度が加わると、重り4
5が係る加速度を受けて所定方向に移動する。そして、
移動量及び方向は、加速度の大きさ・向きにより変わ
る。この重り45の移動にともない第1ダイアフラム3
4も撓むため、薄膜電極40との距離が変化し、両者間
に発生する静電容量も変化する。
センサ)によれば、センサに加速度が加わると、重り4
5が係る加速度を受けて所定方向に移動する。そして、
移動量及び方向は、加速度の大きさ・向きにより変わ
る。この重り45の移動にともない第1ダイアフラム3
4も撓むため、薄膜電極40との距離が変化し、両者間
に発生する静電容量も変化する。
【0058】従って、係る静電容量の変化から、加速度
の大きさがわかる。そして、本形態でも、第4の実施の
形態等と同様に、第1キャビティ32と第2キャビティ
33との間でスムーズな空気の移動が行われるので、応
答性よく第1のダイアフラム34が撓み、加速度を測定
できる。その他の構成並びに作用効果は、上記した各実
施の形態と同様であるので、その詳細な説明を省略す
る。
の大きさがわかる。そして、本形態でも、第4の実施の
形態等と同様に、第1キャビティ32と第2キャビティ
33との間でスムーズな空気の移動が行われるので、応
答性よく第1のダイアフラム34が撓み、加速度を測定
できる。その他の構成並びに作用効果は、上記した各実
施の形態と同様であるので、その詳細な説明を省略す
る。
【0059】また、本実施の形態のようにダイアフラム
におもりを設けることにより、加速度センサに適用する
のは、上記した各実施の形態を基本構造とするものにお
いても適用できるのはもちろんである。
におもりを設けることにより、加速度センサに適用する
のは、上記した各実施の形態を基本構造とするものにお
いても適用できるのはもちろんである。
【0060】なおまた、上記した第3〜第6の実施の形
態及びその変形例では、いずれもキャビティ内を大気開
放したタイプに適用した例を示したが、本発明ではこれ
に限ることはなく、差圧通路を設けない密閉型に適用し
てももちろんよい。
態及びその変形例では、いずれもキャビティ内を大気開
放したタイプに適用した例を示したが、本発明ではこれ
に限ることはなく、差圧通路を設けない密閉型に適用し
てももちろんよい。
【0061】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
センサでは、空間的に連続・接続する複数のキャビティ
を設け、各キャビティはダイアフラムによりその容積が
変形可能としているので、あるダイアフラムに物理量が
加わって変形した場合に、その変形がキャビティの容積
を縮小する場合には、そのキャビティ内の気体が別のキ
ャビティに移動するとともに、その移動してきたキャビ
ティのダイアフラムが膨らんで容積を増大することによ
り、係る気体のスムーズな移動を許容することができる
(逆の場合も同様)。
センサでは、空間的に連続・接続する複数のキャビティ
を設け、各キャビティはダイアフラムによりその容積が
変形可能としているので、あるダイアフラムに物理量が
加わって変形した場合に、その変形がキャビティの容積
を縮小する場合には、そのキャビティ内の気体が別のキ
ャビティに移動するとともに、その移動してきたキャビ
ティのダイアフラムが膨らんで容積を増大することによ
り、係る気体のスムーズな移動を許容することができる
(逆の場合も同様)。
【0062】このようにキャビティ内の気体が素早く別
の空間内に移動することにより、キャビティ内の圧力が
ほぼ一定に保たれるので、物理量が加わったダイアフラ
ムの変形を抑制することがなく、ダイアフラムの変形を
素早く行うことができる。よって、センサの応答性を良
好にすることができる。
の空間内に移動することにより、キャビティ内の圧力が
ほぼ一定に保たれるので、物理量が加わったダイアフラ
ムの変形を抑制することがなく、ダイアフラムの変形を
素早く行うことができる。よって、センサの応答性を良
好にすることができる。
【0063】また、このように応答性が良好になること
から、たとえキャビティ内を大気開放するタイプのもの
であっても、差圧通路の断面積を小さくすることがで
き、塵埃等の侵入を可及的に抑制できる。さらにまた、
請求項1のように構成した場合(請求項3における貫通
孔の開口面積を小さくした場合も含む)には、固定電極
の面積を大きくとれるので、感度も向上する。
から、たとえキャビティ内を大気開放するタイプのもの
であっても、差圧通路の断面積を小さくすることがで
き、塵埃等の侵入を可及的に抑制できる。さらにまた、
請求項1のように構成した場合(請求項3における貫通
孔の開口面積を小さくした場合も含む)には、固定電極
の面積を大きくとれるので、感度も向上する。
【図1】(A)は本発明に係る静電容量型センサの第1
の実施の形態の平面図である。(B)はそのB−B断面
図である。
の実施の形態の平面図である。(B)はそのB−B断面
図である。
【図2】本発明に係る静電容量型センサの第1の実施の
形態におけるダイアフラムの動作を説明するための図で
ある。
形態におけるダイアフラムの動作を説明するための図で
ある。
【図3】本発明に係る静電容量型センサの第2の実施の
形態を説明するための図である。
形態を説明するための図である。
【図4】本発明に係る静電容量型センサの第2の実施の
形態における第1ダイアフラム,第2ダイアフラムの可
動電極にかかる静電容量の変化のグラフを示す図であ
る。
形態における第1ダイアフラム,第2ダイアフラムの可
動電極にかかる静電容量の変化のグラフを示す図であ
る。
【図5】本発明に係る静電容量型センサの第3の実施の
形態を説明するための図である。
形態を説明するための図である。
【図6】第2キャビティの容積を深く形成された静電容
量型センサを示す図である。
量型センサを示す図である。
【図7】本発明に係る静電容量型センサの第4の実施の
形態を説明するための図である。
形態を説明するための図である。
【図8】本発明に係る静電容量型センサの第5の実施の
形態を説明するための図である。
形態を説明するための図である。
【図9】本発明に係る静電容量型センサの第6の実施の
形態を説明するための図である。
形態を説明するための図である。
【図10】従来のセンサの一例を示す図である。
1 シリコン基板 2,29 ガラス基板 5,36 固定電極 7,39 差圧通路 11,34 第1ダイアフラム 18,37 可動電極 12,35 第2ダイアフラム 13,32 第1キャビティ 14,33 第2キャビティ 17 凹溝 20 副固定電極 21 副可動電極 30 第1シリコン基板 31 第2シリコン基板 38,42 貫通孔 40 薄膜電極 41 絶縁膜
Claims (5)
- 【請求項1】 複数のダイアフラムを有する半導体基板
と、固定基板とを接合して一体化し、 前記複数のダイアフラムと前記固定基板との間には、そ
れぞれ所定のギャップをおいたキャビティが形成され、 前記複数のダイアフラムのうち少なくとも一つに可動電
極を設けるとともに、その可動電極に対向する前記固定
基板の表面所定位置に固定電極を設け、 前記固定電極と可動電極との間の静電容量により、その
可動電極を設けたダイアフラムに加わった物理量を検出
可能とし、 かつ、前記複数のキャビティは空間的に接続されて、相
互にキャビティ内の気体の移動を許容するようにしたこ
とを特徴とする静電容量型センサ。 - 【請求項2】 固定基板の両面にそれぞれダイアフラム
を有する半導体基板を接合して一体化し、 それら各半導体基板に設けたダイアフラムと前記固定基
板との間には、それぞれ所定のギャップをおいたキャビ
ティが形成されるとともに、それら両キャビティは前記
固定基板を貫通する貫通孔により、空間的に接続され
て、相互にキャビティ内の気体の移動を許容するように
し、 かつ、少なくとも一方のキャビティに面するダイアフラ
ムと固定基板表面にそれぞれ可動電極と固定電極を設
け、 前記固定電極と可動電極との間の静電容量により、その
可動電極を設けたダイアフラムに加わった物理量を検出
可能としたことを特徴とする静電容量型センサ。 - 【請求項3】 薄膜電極の両面にそれぞれダイアフラム
を有する半導体基板を直接または間接的に接合して一体
化し、 それら各半導体基板に設けたダイアフラムと前記薄膜電
極との間には、それぞれ所定のギャップをおいたキャビ
ティが形成されるとともに、それら両キャビティは前記
薄膜電極を貫通する貫通孔により、空間的に接続され
て、相互にキャビティ内の気体の移動を許容するように
し、 かつ、少なくとも一方のキャビティに面するダイアフラ
ムに可動電極を設けるとともに、その可動電極を設けた
半導体基板と前記薄膜電極とを絶縁状態にし、前記薄膜
電極と可動電極との間の静電容量により、その可動電極
を設けたダイアフラムに加わった物理量を検出可能とし
たことを特徴とする静電容量型センサ。 - 【請求項4】 一端がセンサ外部に開口し、他端が前記
複数のキャビティのうちの所定のキャビティに開口する
差圧通路を設け、その差圧通路を介してキャビティを大
気開放するようにし、 かつ、前記差圧通路が開口されたキャビティには、測定
対象の前記物理量を検出する機能を設けないようにした
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の
静電容量型センサ。 - 【請求項5】 前記複数のキャビティは密閉され、 かつ、各キャビティに、測定対象の前記物理量を検出す
る機能を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれ
か1項に記載の静電容量型センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25791697A JPH1183658A (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 静電容量型センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25791697A JPH1183658A (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 静電容量型センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1183658A true JPH1183658A (ja) | 1999-03-26 |
Family
ID=17312983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25791697A Withdrawn JPH1183658A (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 静電容量型センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1183658A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1294410C (zh) * | 2004-09-27 | 2007-01-10 | 厦门大学 | 多层结构键合密封保护式电容压力传感器及制造方法 |
JP2013003639A (ja) * | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Tokai Rika Co Ltd | 静電入力装置 |
CN113167675A (zh) * | 2018-11-27 | 2021-07-23 | 格兰富控股联合股份公司 | 用于压力传感器的盖 |
CN113790833A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-14 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种压力传感器 |
-
1997
- 1997-09-08 JP JP25791697A patent/JPH1183658A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1294410C (zh) * | 2004-09-27 | 2007-01-10 | 厦门大学 | 多层结构键合密封保护式电容压力传感器及制造方法 |
JP2013003639A (ja) * | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Tokai Rika Co Ltd | 静電入力装置 |
CN113167675A (zh) * | 2018-11-27 | 2021-07-23 | 格兰富控股联合股份公司 | 用于压力传感器的盖 |
CN113790833A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-14 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种压力传感器 |
CN113790833B (zh) * | 2021-09-16 | 2024-06-25 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种压力传感器 |
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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: 20041207 |