JPH0666478B2 - Pressure sensor - Google Patents
Pressure sensorInfo
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- JPH0666478B2 JPH0666478B2 JP59022562A JP2256284A JPH0666478B2 JP H0666478 B2 JPH0666478 B2 JP H0666478B2 JP 59022562 A JP59022562 A JP 59022562A JP 2256284 A JP2256284 A JP 2256284A JP H0666478 B2 JPH0666478 B2 JP H0666478B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、測定すべき圧力を受ける測定ダイアフラムを
有した圧力センサに関するものである。更に詳しくは、
本発明は先に「特願昭58-19481号」で提案した測定ダイ
アフラムを過大圧から保護する機構を持つ圧力センサに
関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pressure sensor having a measuring diaphragm that receives a pressure to be measured. For more details,
The present invention relates to a pressure sensor having a mechanism for protecting the measuring diaphragm from excessive pressure proposed in Japanese Patent Application No. 58-19481.
第１図は、本発明の基本となる特願昭58-19481号で提案
した装置の一例を示す構成断面図、第２図は第１図にお
けるA-A断面図である。これらの図において、18は測定
ダイアフラムで、中心の円板状の厚肉部18aを囲むよう
に、同心円上に複数の環状の厚肉部18b,18cが、ここで
は両表面に設けられている。測定ダイアフラム18には、
単結晶シリコン若しくはNi-SPANC等の伝導性弾性材料、
又はサフアイヤの如き絶縁性弾性材料が用いられ、後者
の場合には中央厚肉部18aに電極用として導電膜を形成
する。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an example of the device proposed in Japanese Patent Application No. 58-19481, which is the basis of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. In these figures, 18 is a measurement diaphragm, and a plurality of annular thick portions 18b and 18c are concentrically provided on both surfaces so as to surround the central disk-shaped thick portion 18a. . The measuring diaphragm 18 has
Conductive elastic material such as single crystal silicon or Ni-SPANC,
Alternatively, an insulating elastic material such as sapphire is used, and in the latter case, a conductive film is formed on the central thick portion 18a as an electrode.
19,20は、測定ダイアフラム18の両面に対向して設けら
れた、パイレツクスガラス，セラミツク等の絶縁性のボ
デイで、測定ダイアフラム18の周縁厚肉部18dにおいて
陽極接合等によつて固着されている。これ等ボデイには
高圧側圧力導入路19a,低圧側圧力導入路20aが設けら
れ、測定ダイアフラム18の両側に形成される測定室21,2
2に測定すべき圧力PH,PLを導くようになっている。Numerals 19 and 20 are insulating bodies such as pyrex glass and ceramics, which are provided so as to face each other on both sides of the measuring diaphragm 18, and are fixed by anodic bonding or the like at the peripheral thick portion 18d of the measuring diaphragm 18. There is. A high pressure side pressure introduction path 19a and a low pressure side pressure introduction path 20a are provided in these bodies, and measurement chambers 21 and 2 formed on both sides of the measurement diaphragm 18 are provided.
The pressures P H and P L to be measured are introduced in 2.
23,24は夫々ボデイ19,20の中央部に、測定ダイアフラム
18の厚肉部18aに対向して設けられた電極で、金又はア
ルミニウムが用いられる。23 and 24 are the measurement diaphragms at the center of the body 19 and 20, respectively.
Gold or aluminum is used for the electrode provided so as to face the thick portion 18a of 18.
25,26は測定ダイアフラム18の厚肉部18b,18cに対向して
ボディ19上に設けられた環状のストツパー、27,28は同
じく厚肉部18b,18cに対向してボディ20上に設けられた
環状のストツパーである。25 and 26 are annular stoppers provided on the body 19 so as to face the thick portions 18b and 18c of the measurement diaphragm 18, and 27 and 28 are also provided on the body 20 so as to face the thick portions 18b and 18c. It is a circular stopper.
この様な構成の装置において、測定室21,22に測定すべ
き圧力PH,PLが導入されると、測定ダイアフラム18はこ
れら圧力を受け厚肉部18a,18b,18c及び周縁厚肉部18dの
間の薄肉部において歪み、測定ダイアフラム18は、圧力
PHとPLの差に応じて変位する。これにより、中央厚肉部
18aと電極23,24間の間隙が変化し、この間の静電容量の
変化から差圧に応じた電気信号を得ることができる。な
お、ここでは、測定圧がダイアフラムの両側に導入され
る様にしたものであるが、片側だけに加わるようにして
もよい。In the apparatus having such a configuration, when the pressures P H and P L to be measured are introduced into the measurement chambers 21 and 22, the measurement diaphragm 18 receives these pressures and the thick portions 18a, 18b, 18c and the peripheral thick portions 18a, 18b and 18c. Strain in the thin section between 18d, the measurement diaphragm 18
It is displaced according to the difference between P H and P L. As a result, the central thick part
The gap between the electrode 18a and the electrodes 23, 24 changes, and an electric signal corresponding to the differential pressure can be obtained from the change in the capacitance between them. Although the measurement pressure is introduced to both sides of the diaphragm here, it may be applied to only one side.
一方、操作ミス等により過大圧が加わると測定ダイアフ
ラム18は、厚肉部18a,18b,18cがボディ19或は20に当る
迄たわみ、これに当つて止まる。その後は測定ダイアフ
ラム18の前記薄肉部が過大圧を受けることになる。従っ
て、この薄肉部の厚さ、幅とが実際に加わることのある
最大の過大圧に充分耐え得る寸法にする必要がある。On the other hand, when an excessive pressure is applied due to an operation error or the like, the measurement diaphragm 18 bends until the thick portions 18a, 18b, 18c hit the body 19 or 20, and stops at this. After that, the thin portion of the measurement diaphragm 18 receives an overpressure. Therefore, it is necessary to make the thickness and width of the thin portion sufficiently large to withstand the maximum overpressure that may actually be applied.
ところで、この様な構成の圧力センサにおいて、測定す
べき圧力が工業プロセス用である場合、過大圧の最大値
は300kg／cm2に達するので、このような過大圧に耐えら
れる寸法にしておく必要がある。一方、測定ダイアフラ
ム18の厚肉部18aと電極23,24間の間隙は、５ミクロン程
度と微小で、それ故に、厚肉部18a,18b,18cを如何にし
て精度良く、また簡単に構成するかが、重要な問題とな
る。By the way, in the pressure sensor with such a configuration, when the pressure to be measured is for an industrial process, the maximum value of the overpressure reaches 300 kg / cm 2 , so it is necessary to have a dimension that can withstand such overpressure. There is. On the other hand, the gap between the thick portion 18a of the measurement diaphragm 18 and the electrodes 23, 24 is as small as about 5 microns, and therefore, the thick portions 18a, 18b, 18c can be configured accurately and easily. Is an important issue.
ここにおいて、本発明は、測定ダイアフラムに設ける厚
肉部を精度良く、また、効率良く構成することのできる
圧力センサを実現しようとするものである。Here, the present invention is intended to realize a pressure sensor capable of accurately and efficiently configuring a thick portion provided in a measurement diaphragm.
また、本発明の他の目的は、測定ダイアフラムに過大な
圧力が加わった場合、測定ダイアフラムを損傷しない
で、また、変形しないで均一にボデイ側に当てて保護す
ることの可能な信頼性の高い圧力センサを実現すること
にある。Further, another object of the present invention is to achieve high reliability without damage to the measuring diaphragm when the excessive pressure is applied to the measuring diaphragm, and to protect the measuring diaphragm by uniformly applying it to the body side without deformation. It is to realize a pressure sensor.
この様な目的を達成する本発明は、 シリコンを含む弾性材料またはNi−SPANCで構成され、
中心部にシリコンまたはアモルファスシリコンを成長さ
せて形成した円板状の圧肉部およびこの厚肉部と同心円
となるように設けられた複数の環状の厚肉部を有する測
定ダイアフラムと、 このダイアフラムと共に室を形成するボデイと、 前記測定ダイアフラムの片側または両側に測定圧力を導
く手段と、 差圧あるいは圧力による前記ダイアフラムの変位を電気
信号に変換する手段とを備え、 前記測定ダイアフラムに過大な圧力が加わった場合、前
記円板状の圧肉部および複数の環状の厚肉部が前記ボデ
イに当たって止まるようにした圧力センサである。The present invention which achieves such an object comprises an elastic material containing silicon or Ni-SPANC,
A measuring diaphragm having a disk-shaped thickened portion formed by growing silicon or amorphous silicon in the central portion and a plurality of annular thickened portions provided so as to be concentric with the thickened portion, and with this diaphragm A body forming a chamber, means for introducing a measurement pressure to one side or both sides of the measurement diaphragm, and means for converting a differential pressure or displacement of the diaphragm due to pressure into an electric signal, and an excessive pressure is applied to the measurement diaphragm. The pressure sensor is configured such that, when added, the disk-shaped pressed portion and the plurality of annular thick portions come into contact with the body and stop.
第３図は、第１図装置における測定ダイアフラム18の製
造方法を示す説明図である。ここでは、ダイアフラムの
一方の面にだけ厚肉部を形成する場合を例示してある。FIG. 3 is an explanatory view showing a method of manufacturing the measuring diaphragm 18 in the apparatus shown in FIG. Here, the case where the thick portion is formed only on one surface of the diaphragm is illustrated.
はじめに、（イ）に示すように測定ダイアフラムとなる
シリコンを含む弾性材料（シリコン、サファイァ等）基
板10を用意する。次に、この基板10を反応炉内に設置
し、例えば1100℃程度に加熱するとともに、基板10上に
成長させるシリコンを含んだ原料ガスを接触させ、基板
10の表面に、（ロ）に示すように厚肉部となるシリコン
層11をエピタキシャル成長させる。ここで、シリコン層
11の厚さｄは、エピタキシャル成長させている時間や、
原料ガスの濃度、雰囲気温度等、公知の手法によって正
確に制御される。次に、（ハ）に示すように、シリコン
層11上にホトレジスト膜12を塗布し、ホトリソグラフィ
ーの技術を利用して厚肉部に相当する部分をパターニン
グするとともに、（ニ）に示すように、例えばケミカル
エッチングによって、厚肉部18a,18b,18cに相当する部
分を残し、他の部分を除去する。また、ホトレジスト膜
も除去する。ここで、基板10の材料がサファイア等の絶
縁物の場合、ダイアフラムの変位を検出するための電極
形成の工程が入る。この後、基板10を所定のダイアフラ
ムの形状となるように切断，加工して完成する。First, as shown in (a), an elastic material (silicon, sapphire, etc.) substrate 10 containing silicon to be a measurement diaphragm is prepared. Next, the substrate 10 is placed in a reaction furnace and heated to, for example, about 1100 ° C., and a raw material gas containing silicon to be grown on the substrate 10 is brought into contact with the substrate 10,
On the surface of 10, a silicon layer 11 to be a thick portion is epitaxially grown as shown in (b). Where the silicon layer
The thickness d of 11 depends on the time during epitaxial growth,
The concentration of the raw material gas, the ambient temperature, etc. are accurately controlled by a known method. Next, as shown in (c), a photoresist film 12 is applied on the silicon layer 11, and a portion corresponding to the thick portion is patterned by using a photolithography technique, and as shown in (d), For example, by chemical etching, the portions corresponding to the thick portions 18a, 18b, 18c are left and the other portions are removed. Also, the photoresist film is removed. Here, when the material of the substrate 10 is an insulator such as sapphire, an electrode forming step for detecting the displacement of the diaphragm is performed. After that, the substrate 10 is cut and processed so as to have a predetermined diaphragm shape and completed.
この様にして完成された測定ダイアフラム18を、第１図
に示す様に２つのボデイ19,20の間に挾み、両者間を固
着して、圧力センサを構成する。The measurement diaphragm 18 thus completed is sandwiched between the two bodies 19 and 20 as shown in FIG. 1 and the two are fixed to form a pressure sensor.
なお、ここでは、基板10としてシリコンを含む弾性材料
を用いたものであるが、これに代えてNiSPAN Cを用いて
もよい。この場合、基板表面にアモルファスシリコン層
を成長させ、厚肉部を形成させることとなる。Although the elastic material containing silicon is used as the substrate 10 here, NiSPAN C may be used instead. In this case, an amorphous silicon layer is grown on the surface of the substrate to form a thick portion.
ここで、Ni−SPAN Ｃは、主な成分がNi,Cr,Mnからなる
金属・合金で、室温付近でその温度係数がほとんどゼロ
であること、弾性変化が少ないこと等の特性があり、弾
性変化を嫌う各種電子機器等に広く利用されている。な
お、この様な説明は、例えば、「改訂４版 金属便覧」
日本金属学会編 丸善（株） 昭和57年12月20日発行
1063頁〜1065頁に開示されている。Here, Ni-SPAN C is a metal / alloy whose main components are Ni, Cr, and Mn, and has the characteristics that its temperature coefficient is almost zero near room temperature and that there is little elastic change. It is widely used in various electronic devices that do not like to change. This kind of explanation can be found, for example, in the “Revised 4th Edition Metal Handbook”.
Japan Institute of Metals Maruzen Co., Ltd. Published December 20, 1982
It is disclosed at pages 1063-1065.
また、上記の説明では、ダイアフラム18の周縁厚肉部18
dについては別個に設けることを想定したが、これを、
厚肉部18a,18b,18cと同一の工程で形成した後、更に周
縁厚肉部18dについてのみ、シリコン層又はアモルファ
スシリコン層を所定の厚さとなるように成長させるよう
にしてもよい。Further, in the above description, the peripheral thick portion 18 of the diaphragm 18 is
We assumed that d would be provided separately, but
After forming the thick portions 18a, 18b, 18c in the same process, the silicon layer or the amorphous silicon layer may be grown to have a predetermined thickness only for the peripheral thick portion 18d.
以上説明したように、本発明によれば、ダイアフラムに
設ける厚肉部をシリコン又はアモルファスシリコンを成
長させて形成させたもので、この厚肉部の厚さを精度良
く、また効率良く構成できる圧力センサが実現できる。As described above, according to the present invention, the thick portion provided on the diaphragm is formed by growing silicon or amorphous silicon, and the thickness of this thick portion can be accurately and efficiently configured. A sensor can be realized.
また、本発明においては、複数の環状の厚肉部の厚さを
精度よく構成できることから、測定ダイアフラムに過大
圧力が加わったような場合、測定ダイアフラムを複数個
所において均等にボデイ側に当てることができ、測定ダ
イアフラムの破損や変形を確実に防止できる。Further, in the present invention, since the thickness of the plurality of annular thick-walled portions can be accurately configured, when an excessive pressure is applied to the measurement diaphragm, the measurement diaphragm may be evenly applied to the body side at a plurality of locations. Therefore, the measurement diaphragm can be reliably prevented from being damaged or deformed.
第１図は本発明に係る装置の基本となる特願昭58-19481
号公報に示される装置の構成断面図、第２図は第１図に
おけるA-A断面図、第３図は測定ダイアフラムの製造方
法を示す説明図である。 18……測定ダイアフラム、18a,18b,18c……厚肉部、10
……基板、11……シリコン層。FIG. 1 shows a Japanese Patent Application No. 58-19481 which is the basis of the device according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the apparatus disclosed in the publication, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 18 …… Measurement diaphragm, 18a, 18b, 18c …… Thick part, 10
…… Substrate, 11 …… Silicon layer.
Claims (1)
で構成され、中心部にシリコンまたはアモルファスシリ
コンを成長させて形成した円板状の圧肉部（18a）およ
びこの厚肉部と同心円となるように設けられた複数の環
状の厚肉部（18b,18c）を有する測定ダイアフラムと、 このダイアフラムと共に室を形成するボデイ（19,20）
と、 前記測定ダイアフラムの片側または両側に測定圧力を導
く手段（19a,20a）と、 差圧あるいは圧力による前記ダイアフラムの変位を電気
信号に変換する手段とを備え、 前記測定ダイアフラムに過大な圧力が加わった場合、前
記円板状の圧肉部（18a）および複数の環状の厚肉部（1
8b,18c）が前記ボデイに当たって止まるようにした圧力
センサ。1. An elastic material containing silicon or Ni-SPANC
And a plurality of annular thick-walled portions (18b) provided so as to be concentric with the disk-shaped pressure-walled portion (18a) formed by growing silicon or amorphous silicon in the central portion. , 18c) and a body (19, 20) forming a chamber with this diaphragm
And a means (19a, 20a) for guiding the measurement pressure to one side or both sides of the measurement diaphragm, and means for converting a displacement of the diaphragm due to a differential pressure or pressure into an electric signal, and an excessive pressure is applied to the measurement diaphragm. When added, the disk-shaped thickened portion (18a) and the plurality of annular thickened portions (1
8b, 18c) is a pressure sensor that stops by hitting the body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59022562A JPH0666478B2 (en) | 1984-02-09 | 1984-02-09 | Pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59022562A JPH0666478B2 (en) | 1984-02-09 | 1984-02-09 | Pressure sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60167383A JPS60167383A (en) | 1985-08-30 |
| JPH0666478B2 true JPH0666478B2 (en) | 1994-08-24 |
Family
ID=12086303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59022562A Expired - Fee Related JPH0666478B2 (en) | 1984-02-09 | 1984-02-09 | Pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0666478B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4586239B2 (en) * | 2000-01-11 | 2010-11-24 | 富士電機ホールディングス株式会社 | Capacitive semiconductor sensor and method for manufacturing the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE412956B (en) * | 1974-04-04 | 1980-03-24 | Rosemount Inc | CAPACITIVE SENSING DEVICE |
-
1984
- 1984-02-09 JP JP59022562A patent/JPH0666478B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 応用物理４５［１２（１９７６）Ｐ．１１５９−１１６３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60167383A (en) | 1985-08-30 |
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Legal Events
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