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JP6515477B2 - Mechanical quantity sensor and mechanical quantity measuring device - Google Patents

Mechanical quantity sensor and mechanical quantity measuring device Download PDF

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JP6515477B2
JP6515477B2 JP2014205648A JP2014205648A JP6515477B2 JP 6515477 B2 JP6515477 B2 JP 6515477B2 JP 2014205648 A JP2014205648 A JP 2014205648A JP 2014205648 A JP2014205648 A JP 2014205648A JP 6515477 B2 JP6515477 B2 JP 6515477B2
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Description

本発明は力学量センサに関する。   The present invention relates to a dynamic quantity sensor.

薄膜(以下、メンブレンという場合がある)によって隔てられた2つの空間の圧力差によって生じるメンブレンの撓みを電気信号に変換することによって、圧力を測定する圧力センサが知られている。例えば、特許文献1には、導電性を有するメンブレンをダイアフラムとして用い、このメンブレンに対向して設けられた固定電極とで形成される静電容量の変化から、メンブレンの撓み量を測定する技術が開示されている。   BACKGROUND A pressure sensor is known that measures pressure by converting the deflection of a membrane caused by the pressure difference between two spaces separated by a thin film (hereinafter sometimes referred to as a membrane) into an electrical signal. For example, Patent Document 1 discloses a technique for measuring the amount of deflection of a membrane from a change in capacitance formed by using a membrane having conductivity as a diaphragm and a fixed electrode provided opposite to the membrane. It is disclosed.

特開2008−258088号公報JP 2008-258088 A

大気圧に比べて非常に低い圧力を測定するのに適した圧力センサは、圧力の測定を行う必要が無いときに大気圧に近い環境に曝されることがある。このような場合には、大気圧に押されてメンブレンが対向して設けられた固定電極に接触する程度まで撓む。圧力センサが再び低圧力の測定環境に戻された際に、メンブレンが固定電極から離隔すればよいが、張り付いたまま戻らない現象(以下、スティッキング現象という場合がある)が発生する場合もある。   Pressure sensors suitable for measuring pressure very low compared to atmospheric pressure may be exposed to a near atmospheric pressure environment when it is not necessary to make a measurement of pressure. In such a case, the membrane is pushed to the atmospheric pressure, and the membrane bends to such an extent as to come into contact with the oppositely provided fixed electrode. When the pressure sensor is returned to the low pressure measurement environment again, the membrane may be separated from the fixed electrode, but a phenomenon in which the membrane does not return with sticking (hereinafter sometimes referred to as sticking phenomenon) may occur. .

そこで、スティッキング現象が起きにくくするため、メンブレン上にストッパを配置することで、メンブレンと固定電極とを接触させず、メンブレンと電極とがストッパを挟む構造になるようにして接触面積を低減することが試みられている。しかしながら、スティッキング現象は未だ残存しているため、さらなる改善が望まれている。   Therefore, in order to make the sticking phenomenon less likely to occur, the contact area is reduced by arranging the stopper on the membrane so that the membrane and the electrode sandwich the stopper without contacting the membrane and the fixed electrode. Has been tried. However, since the sticking phenomenon still remains, further improvement is desired.

本発明の目的の一つは、力学量センサのスティッキング現象を抑制することにある。   One of the objects of the present invention is to suppress the sticking phenomenon of a dynamic quantity sensor.

本発明の一実施形態によると、導電性を有し、外力に応じて撓む可撓部と、前記可撓部に対向して配置され、前記可撓部と容量を形成する固定電極と、前記可撓部の前記固定電極側に配置されたストッパと、を備え、前記ストッパおよび前記固定電極は、ビッカース硬さが0.5GPa以上の金属が表面に配置されていることを特徴とする力学量センサを提供する。これによれば、力学量センサのスティッキング現象を抑制することができる。   According to one embodiment of the present invention, a flexible portion having conductivity and flexing in response to an external force, and a fixed electrode disposed opposite to the flexible portion to form a capacitance with the flexible portion. And a stopper disposed on the fixed electrode side of the flexible portion, wherein the stopper and the fixed electrode are characterized in that a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more is disposed on the surface. Provide a quantity sensor. According to this, it is possible to suppress the sticking phenomenon of the dynamic quantity sensor.

本発明の一実施形態によると、導電性を有し、外力に応じて撓む可撓部と、前記可撓部に対向して配置され、前記可撓部と容量を形成する固定電極と、前記固定電極の前記可撓部側に配置されたストッパと、を備え、前記ストッパは、ビッカース硬さが0.5GPa以上の金属が表面に配置されていることを特徴とする力学量センサを提供する。この力学量センサによれば、力学量センサのスティッキング現象を抑制することができる。   According to one embodiment of the present invention, a flexible portion having conductivity and flexing in response to an external force, and a fixed electrode disposed opposite to the flexible portion to form a capacitance with the flexible portion. And a stopper disposed on the flexible portion side of the fixed electrode, wherein the stopper has a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more disposed on the surface thereof. Do. According to this dynamic quantity sensor, it is possible to suppress the sticking phenomenon of the dynamic quantity sensor.

前記ストッパは、前記可撓部の前記固定電極側にさらに配置され、前記固定電極に配置された前記ストッパと、前記可撓部に配置された前記ストッパとは、前記可撓部が前記固定電極側に所定量以上に撓んだ場合に、互いに接触してもよい。力学量センサによれば、硬い金属で形成されたストッパ同士で接触するため、力学量センサのスティッキング現象をさらに抑制することができる。   The stopper is further disposed on the fixed electrode side of the flexible portion, and the flexible portion is the fixed electrode of the stopper disposed on the fixed electrode and the stopper disposed on the flexible portion. They may be in contact with each other if they are flexed to the side by more than a predetermined amount. According to the mechanical quantity sensor, since the stoppers formed of hard metals contact each other, it is possible to further suppress the sticking phenomenon of the mechanical quantity sensor.

前記可撓部は、円の形状の膜であり、前記ストッパは、前記円の同心円の接線に沿った形状であり、前記ストッパは、前記可撓部が所定量で撓むときに第1変位量となる位置に対応して配置された第1ストッパ、および第2変位量となる位置に対応して配置された第2ストッパを含み、前記第1変位量が前記第2変位量よりも小さく、前記第1ストッパは、前記第2ストッパよりも設置面積が大きくてもよい。この力学量センサによれば、ストッパが対向する可撓部または固定電極と接触する際の衝撃による力を分散することができ、ストッパの破損を抑制することができる。   The flexible portion is a membrane in the shape of a circle, the stopper is a shape along a tangent of a concentric circle of the circle, and the stopper is a first displacement when the flexible portion is bent by a predetermined amount The first displacement amount is smaller than the second displacement amount, and the first displacement amount is smaller than the second displacement amount. The first displacement amount is smaller than the second displacement amount. The first stopper may have a larger installation area than the second stopper. According to this mechanical quantity sensor, it is possible to disperse the force due to the impact when the stopper contacts the opposing flexible portion or the fixed electrode, and it is possible to suppress the breakage of the stopper.

前記可撓部は、円の形状の膜であり、前記ストッパは、前記円の同心円の円弧に沿った形状であってもよい。この力学量センサによれば、ストッパが対向する可撓部または固定電極と接触する際の衝撃による力を分散することができ、ストッパの破損を抑制することができる。   The flexible portion may be a membrane in the shape of a circle, and the stopper may have a shape along a circular arc of concentric circles of the circle. According to this mechanical quantity sensor, it is possible to disperse the force due to the impact when the stopper contacts the opposing flexible portion or the fixed electrode, and it is possible to suppress the breakage of the stopper.

前記ストッパは、前記可撓部が撓むときの最大変位量となる位置側において、面取りされた表面を有してもよい。この力学量センサによれば、ストッパが対向する可撓部または固定電極と接触する際の衝撃による力を分散することができ、ストッパの破損を抑制することができる。   The stopper may have a chamfered surface on the side where the displacement amount is maximum when the flexible portion bends. According to this mechanical quantity sensor, it is possible to disperse the force due to the impact when the stopper contacts the opposing flexible portion or the fixed electrode, and it is possible to suppress the breakage of the stopper.

前記ストッパは、高さが異なる複数の領域を有し、前記可撓部が撓むときの最大変位量となる位置側ほど、高さが低くなっていてもよい。この力学量センサによれば、ストッパが対向する可撓部または固定電極と接触する際の衝撃による力を分散することができ、ストッパの破損を抑制することができる。   The stopper may have a plurality of regions having different heights, and the height may be lower toward the position side where the displacement amount is maximum when the flexible portion is bent. According to this mechanical quantity sensor, it is possible to disperse the force due to the impact when the stopper contacts the opposing flexible portion or the fixed electrode, and it is possible to suppress the breakage of the stopper.

前記可撓部は、周囲を固定された膜であり、前記外力は、前記膜の両面の圧力差によって生じてもよい。この力学量センサによれば、低い圧力を測定することができ、測定後に大気圧の環境下におかれていてもスティッキング現象の発生を抑制することができる。   The flexible portion may be a membrane fixed at its periphery, and the external force may be generated by a pressure difference between both sides of the membrane. According to this dynamic quantity sensor, a low pressure can be measured, and the occurrence of the sticking phenomenon can be suppressed even under the environment of atmospheric pressure after the measurement.

前記ストッパは、単層構造であってもよい。この力学量センサによれば、力学量センサのスティッキング現象を抑制することができる。   The stopper may have a single layer structure. According to this dynamic quantity sensor, it is possible to suppress the sticking phenomenon of the dynamic quantity sensor.

前記ストッパは、2層以上の構造であってもよい。この力学量センサによれば、力学量センサのスティッキング現象を抑制することができる。   The stopper may have a structure of two or more layers. According to this dynamic quantity sensor, it is possible to suppress the sticking phenomenon of the dynamic quantity sensor.

複数の前記ストッパは、当該複数のストッパの分布の中心と可撓部の重心とが異なる位置になるように配置されていてもよい。この力学量センサによれば、可撓部に不均一な力が加わるため、力学量センサのスティッキング現象をさらに抑制することができる。   The plurality of stoppers may be arranged such that the center of the distribution of the plurality of stoppers and the center of gravity of the flexible portion are at different positions. According to this dynamic quantity sensor, since the non-uniform force is applied to the flexible part, the sticking phenomenon of the dynamic quantity sensor can be further suppressed.

本発明の一実施形態によると、上記記載の力学量センサと、前記可撓部と前記固定電極とが前記ストッパを挟んだ状態において、前記可撓部と前記固定電極とに前記ストッパを介して流れる電流が抑制されるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする力学量測定装置を提供する。この力学量測定装置によれば、力学量センサのスティッキング現象を抑制することができる。また、可撓部と固定電極とにストッパを介して流れる電流を制御することができる。   According to one embodiment of the present invention, in a state where the mechanical quantity sensor described above, the flexible portion and the fixed electrode sandwich the stopper, the flexible portion and the fixed electrode are interposed between the stopper and the flexible portion. And a control unit configured to control so as to suppress a flowing current. According to this mechanical quantity measuring device, it is possible to suppress the sticking phenomenon of the mechanical quantity sensor. Further, the current flowing through the stopper can be controlled between the flexible portion and the fixed electrode.

本発明によると、圧力センサのスティッキング現象を抑制することができる。   According to the present invention, the sticking phenomenon of the pressure sensor can be suppressed.

本発明の第1実施形態に係る圧力センサの構造および外部圧力に応じた動作を説明するための断面構造の模式図である。It is a schematic diagram of the cross-section for demonstrating the structure according to 1st Embodiment of this invention, and the operation | movement according to the external pressure. 本発明の第1実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。It is the top view which looked at the 1st substrate of the pressure sensor concerning a 1st embodiment of the present invention from the 2nd substrate side. 本発明の第1実施形態に係る圧力センサの第2基板を第1基板側から見た平面図である。It is the top view which looked at the 2nd substrate of the pressure sensor concerning a 1st embodiment of the present invention from the 1st substrate side. 圧力センサのスティッキング現象を説明するための断面構造の模式図である。It is a schematic diagram of the cross-section for demonstrating the sticking phenomenon of a pressure sensor. 本発明の第1実施形態に係る圧力センサの第1基板の製造方法を説明するための断面構造の模式図である。It is a schematic diagram of the cross-section for demonstrating the manufacturing method of the 1st board | substrate of the pressure sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る圧力センサの第2基板の製造方法を説明するための断面構造の模式図である。It is a schematic diagram of the cross-section for demonstrating the manufacturing method of the 2nd board | substrate of the pressure sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る第1基板と第2基板とが接合された後の圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the pressure sensor after the 1st board | substrate and 2nd board | substrate which concern on 1st Embodiment of this invention are joined. 本発明の第1実施形態に係る圧力センサを用いた圧力測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing composition of a pressure measuring device using a pressure sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る圧力センサの構造を説明するための断面構造の模式図である。It is a schematic diagram of the cross-section for demonstrating the structure of the pressure sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る圧力センサの構造を説明するための断面構造の模式図である。It is a schematic diagram of the cross-section for demonstrating the structure of the pressure sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。It is the top view which looked at the 1st substrate of the pressure sensor concerning a 4th embodiment of the present invention from the 2nd substrate side. 本発明の第5実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。It is the top view which looked at the 1st substrate of the pressure sensor concerning a 5th embodiment of the present invention from the 2nd substrate side. 本発明の第6実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。It is the top view which looked at the 1st substrate of the pressure sensor concerning a 6th embodiment of the present invention from the 2nd substrate side. 本発明の第7実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。It is the top view which looked at the 1st substrate of the pressure sensor concerning a 7th embodiment of the present invention from the 2nd substrate side. 本発明の第8実施形態に係る圧力センサのストッパの他の断面形状の例を説明するための断面構造の模式図である。It is a schematic diagram of the cross-section for demonstrating the example of the other cross-sectional shape of the stopper of the pressure sensor which concerns on 8th Embodiment of this invention.

<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係る圧力センサについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号(数字の後にA、B等を付しただけの符号)を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。
First Embodiment
Hereinafter, a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below are merely examples of the embodiments of the present invention, and the present invention is not construed as being limited to these embodiments. In the drawings referred to in this embodiment, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals or similar reference numerals (reference numerals with A, B, etc. appended after numbers), and the repetition thereof The description of may be omitted. Further, the dimensional ratio of the drawings may be different from the actual ratio for convenience of explanation, or part of the configuration may be omitted from the drawings.

[圧力センサ1の構成]
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサの構造および外部圧力に応じた動作を説明するための断面構造の模式図である。圧力センサ1は、第1基板10および第2基板20を組み合わせて形成されている。この例では、第1基板10はSOI(Silicon on Insulator)基板である。第2基板20はガラス基板である。
[Configuration of pressure sensor 1]
FIG. 1 is a schematic view of a structure of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention and a cross-sectional structure for explaining an operation according to an external pressure. The pressure sensor 1 is formed by combining the first substrate 10 and the second substrate 20. In this example, the first substrate 10 is an SOI (Silicon on Insulator) substrate. The second substrate 20 is a glass substrate.

第1基板10は、BOX層13、活性層15および支持層17を備える。BOX層13は酸化シリコンであり、活性層15および支持層17はシリコンである。活性層15は、導電性を有し、中央部分が薄く形成されている。この薄く形成された部分を可撓部151という。可撓部151は、周囲が固定されたメンブレンである。可撓部151を固定している部分を固定部160という。   The first substrate 10 comprises a BOX layer 13, an active layer 15 and a support layer 17. The BOX layer 13 is silicon oxide, and the active layer 15 and the support layer 17 are silicon. The active layer 15 has conductivity and is formed thin at the central portion. This thinly formed portion is referred to as a flexible portion 151. The flexible portion 151 is a membrane whose periphery is fixed. The portion fixing the flexible portion 151 is referred to as a fixing portion 160.

可撓部151の第2基板20側の面(以下、第1面1511という)には、密閉された内部空間110が形成されている。可撓部151の第2面1512は、外部空間1000に面している。そのため、第2室120が形成されている。内部空間110と圧力センサ1の外部空間1000とは、可撓部151を介して隔てられている空間になっている。   A sealed internal space 110 is formed on the surface of the flexible portion 151 on the second substrate 20 side (hereinafter referred to as the first surface 1511). The second surface 1512 of the flexible portion 151 faces the external space 1000. Therefore, the second chamber 120 is formed. The internal space 110 and the external space 1000 of the pressure sensor 1 are separated by a flexible portion 151.

内部空間110は、大気圧よりも低い所定の圧力に保たれるように、第1基板10と第2基板20とで密閉されている。この例では、内部空間110は、高真空状態に保たれている。そのため、外部空間1000が内部空間110よりも高い圧力である場合、図1(b)に示すように、可撓部151は、内部空間110の体積を縮小するように第2基板20側に撓む。一方、外部空間1000が内部空間110よりも低い圧力である場合、図1(c)に示すように可撓部151は、内部空間110の体積を拡大するように第2基板20とは反対側に撓む。   The internal space 110 is sealed by the first substrate 10 and the second substrate 20 so as to be maintained at a predetermined pressure lower than the atmospheric pressure. In this example, the internal space 110 is kept in a high vacuum state. Therefore, when the pressure in the outer space 1000 is higher than that in the inner space 110, the flexible portion 151 is bent toward the second substrate 20 so as to reduce the volume of the inner space 110, as shown in FIG. 1 (b). Well. On the other hand, when the pressure in the outer space 1000 is lower than that in the inner space 110, the flexible portion 151 is opposite to the second substrate 20 so as to expand the volume of the inner space 110, as shown in FIG. To flex.

可撓部151の第1面1511側には、ストッパ155が配置されている。ストッパ155は、ビッカース硬さ(Vickers Hardness)が0.5GPa以上の金属が、少なくとも接触面(電極255側の面)に配置された構造である。このような金属としては、例えば、W、Mo、Ta、Ti、Ni、Cu、Al、Fe(S45C)、SUS304、Agなどがある。望ましくは、ストッパ155のビッカース硬さは、1.0GPa以上の金属であり、この場合には、W、Mo、Ta、Ti、Fe(S45C)、SUS304などである。また、複数の金属を組み合わせたものであってもよい。なお、Auは、ビッカース硬さが0.25GPa程度であり、上記の金属と比べて柔らかい。   A stopper 155 is disposed on the first surface 1511 side of the flexible portion 151. The stopper 155 has a structure in which a metal having a Vickers Hardness of 0.5 GPa or more is disposed at least on the contact surface (surface on the electrode 255 side). Examples of such a metal include W, Mo, Ta, Ti, Ni, Cu, Al, Fe (S45C), SUS304, Ag and the like. Desirably, the Vickers hardness of the stopper 155 is a metal of 1.0 GPa or more, and in this case, W, Mo, Ta, Ti, Fe (S 45 C), SUS 304 or the like. Moreover, what combined several metal may be used. Au has a Vickers hardness of about 0.25 GPa and is softer than the above-mentioned metals.

また、ストッパ155は、この例では、上記の金属単層であるが、2層以上で形成されていてもよい。例えば、2層であれば、可撓部151と接触する側の層において、可撓部151との密着性を向上させるための金属層であってもよいし、絶縁層であってもよい。このように、ストッパ155が積層構造である場合、接触面に配置された金属以外は、必ずしも、接触面の材料に求められる特性(ビッカース硬さを含む)を有していなくてもよいが、積層の全てにおいて接触面と同等のビッカース硬さを有していることが望ましい。   In addition, although the stopper 155 is the above-described metal single layer in this example, the stopper 155 may be formed of two or more layers. For example, in the case of two layers, the layer in contact with the flexible portion 151 may be a metal layer for improving adhesion with the flexible portion 151, or may be an insulating layer. Thus, when the stopper 155 has a laminated structure, it does not necessarily have to have the characteristics (including Vickers hardness) required for the material of the contact surface except for the metal disposed on the contact surface. It is desirable to have a Vickers hardness comparable to the contact surface in all of the laminations.

第2基板20には、基板を貫通する貫通電極213、215が形成されている。第2基板20の内部空間110側には、電極253、255が形成され、外部空間1000側には電極233、235が形成されている。   In the second substrate 20, through electrodes 213, 215 penetrating the substrate are formed. Electrodes 253 and 255 are formed on the inner space 110 side of the second substrate 20, and electrodes 233 and 235 are formed on the outer space 1000 side.

電極253は活性層15と電気的に接続される。貫通電極213は、電極253と電極233とを電気的に接続する。貫通電極215は、電極255と電極235とを電気的に接続する。電極255と可撓部151とは容量を形成する。電極255は固定電極である。一方、可撓部151が撓むことにより、電極間の距離が変化し、容量の大きさも撓み量に応じて変化する。   The electrode 253 is electrically connected to the active layer 15. The through electrode 213 electrically connects the electrode 253 and the electrode 233. The through electrode 215 electrically connects the electrode 255 and the electrode 235. The electrode 255 and the flexible portion 151 form a capacitance. The electrode 255 is a fixed electrode. On the other hand, when the flexible portion 151 bends, the distance between the electrodes changes, and the size of the capacitance also changes according to the amount of bending.

電極255は、ストッパ155と同様に、ビッカース硬さが0.5GPa以上、望ましくは1.0GPa以上の金属が、少なくとも接触面(ストッパ155側の面)に配置された構造である。また、複数の金属を組み合わせたものであってもよい。なお、電極255が、積層構造である場合、接触面に配置された金属以外は、必ずしも、接触面の材料に求められる特性(ビッカース硬さを含む)を有していなくてもよいが、積層の全てにおいて接触面と同等のビッカース硬さを有していることが望ましい。   Similar to the stopper 155, the electrode 255 has a structure in which a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more, preferably 1.0 GPa or more is disposed at least on the contact surface (surface on the stopper 155 side). Moreover, what combined several metal may be used. In addition, when the electrode 255 has a laminated structure, it does not necessarily have to have the characteristics (including Vickers hardness) required for the material of the contact surface except the metal disposed on the contact surface. It is desirable to have a Vickers hardness equivalent to the contact surface in all of the above.

電極233と電極235とを測定装置に接続することによって、この容量値が測定される。測定された容量値に基づいて可撓部151の撓み量を測定することができる。そして、可撓部151の撓み量に基づいて外部空間1000の圧力(または、内部空間110と外部空間1000との圧力差)を測定することができる。   This capacitance value is measured by connecting the electrodes 233 and 235 to a measuring device. The amount of bending of the flexible portion 151 can be measured based on the measured capacitance value. Then, the pressure of the external space 1000 (or the pressure difference between the internal space 110 and the external space 1000) can be measured based on the amount of deflection of the flexible portion 151.

なお、可撓部151と容量を形成する固定電極は、電極255の他にも存在してもよい。例えば、温度、湿度等の環境変化に応じた容量変化を補正するための参照用電極が、可撓部151と容量を形成する固定電極として設けられていてもよい。   In addition, the fixed electrode which forms a capacity | capacitance with the flexible part 151 may exist other than the electrode 255. FIG. For example, a reference electrode for correcting a change in capacitance according to an environmental change such as temperature and humidity may be provided as a fixed electrode which forms a capacitance with the flexible portion 151.

内部空間110の真空度を高めるために、非蒸発型ゲッタ(NEG)などのゲッタ材260が配置されてもよい。ゲッタ材260を設けることにより、第1基板10と第2基板20とを陽極接合で接合したときに発生するガス等を捕獲して、内部空間110の真空度を高めることができる。   In order to increase the degree of vacuum of the inner space 110, a getter material 260 such as a non-evaporable getter (NEG) may be disposed. By providing the getter material 260, a gas or the like generated when the first substrate 10 and the second substrate 20 are bonded by anodic bonding can be captured, and the degree of vacuum of the internal space 110 can be increased.

図2は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。図3は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサの第2基板を第1基板側から見た平面図である。図2に示すように、活性層15に形成された略正方形を底面とするキャビティの存在により、内部空間110が形成されている。また、電極253は、領域253Zにおいて活性層15と接触している。   FIG. 2 is a plan view of the first substrate of the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention as viewed from the second substrate side. FIG. 3 is a plan view of the second substrate of the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention as viewed from the first substrate side. As shown in FIG. 2, an internal space 110 is formed by the presence of a cavity whose bottom surface is a substantially square formed in the active layer 15. Further, the electrode 253 is in contact with the active layer 15 in the region 253Z.

また、可撓部151は固定部160に周囲を固定された円形状の膜である。可撓部151の円の複数の同心円に沿ってストッパ155が配置されている。さらに、この例では、円中心に配置されたストッパ155Xから放射状に各ストッパ155が配置されている。可撓部151は、大きく撓んだときに、第2基板20の表面と接触する可能性もある。そのため、図2に示すように、ストッパ155は、可撓部151の範囲のうち、少なくとも電極255に対向する領域255Zよりも外側まで拡がる領域SAに分散して配置されていることが望ましい。   In addition, the flexible portion 151 is a circular film whose periphery is fixed to the fixing portion 160. Stoppers 155 are arranged along a plurality of concentric circles of the circle of the flexible portion 151. Furthermore, in this example, the stoppers 155 are arranged radially from the stopper 155X arranged at the circle center. The flexible portion 151 may come in contact with the surface of the second substrate 20 when it is significantly bent. Therefore, as shown in FIG. 2, it is desirable that the stoppers 155 be dispersedly disposed in the area SA which extends to the outside of at least the area 255 Z facing the electrode 255 within the range of the flexible portion 151.

第2基板20には、中央部分に電極255が配置され、周辺部にゲッタ材260が配置されている。上述したように、固定電極として参照用電極がさらに設けられる場合には、参照用電極は、例えば、電極255の周囲を囲むように配置される。   In the second substrate 20, the electrode 255 is disposed in the central portion, and the getter material 260 is disposed in the peripheral portion. As described above, when the reference electrode is further provided as the fixed electrode, the reference electrode is arranged, for example, to surround the periphery of the electrode 255.

[スティッキング現象]
続いて、スティッキング現象について、図2を用いて説明する。
[Sticking phenomenon]
Subsequently, the sticking phenomenon will be described with reference to FIG.

図4は、圧力センサのスティッキング現象を説明するための断面構造の模式図である。圧力センサ1の外部空間1000の圧力測定が終了した後、外部空間1000が大気圧に開放される場合、その圧力によって可撓部151は第2基板20側に大きく撓む。その結果、図4(a)に示すように、可撓部151は、電極255との間にストッパ155を挟んだ状態まで撓むことになる。なお、図4(a)においては、可撓部151が第2基板20の表面との間でストッパ155を挟む状態には至っていない例を示しているが、可撓部151と第2基板20との間でストッパ155を挟む状態になるまで、可撓部151がさらに撓む場合もある。   FIG. 4 is a schematic view of a cross-sectional structure for explaining the sticking phenomenon of the pressure sensor. After the pressure measurement of the external space 1000 of the pressure sensor 1 is completed, when the external space 1000 is released to the atmospheric pressure, the flexible portion 151 is largely bent to the second substrate 20 side by the pressure. As a result, as shown in FIG. 4A, the flexible portion 151 is bent to a state in which the stopper 155 is sandwiched between the flexible portion 151 and the electrode 255. Although FIG. 4A shows an example in which the flexible portion 151 does not sandwich the stopper 155 with the surface of the second substrate 20, the flexible portion 151 and the second substrate 20 are shown. In some cases, the flexible portion 151 may further bend until the stopper 155 is sandwiched therebetween.

その後、次の圧力測定が開始される際には、外部空間1000が減圧環境となる。その際に、再び図1に示す状態に可撓部151が戻れば、測定には問題がない。一方、図4(b)に示すように、外部空間1000が減圧環境になったにもかかわらず、ストッパ151と電極255(または、ストッパ151と第2基板20)が貼り付いたまま分離しない現象、すなわちスティッキング現象が発生する場合がある。このような状態になると、外部空間1000の圧力が変化しても、その圧力変化に対して可撓部151の撓み量が追従しなくなるため、圧力測定ができなくなる。   Thereafter, when the next pressure measurement is started, the external space 1000 becomes a reduced pressure environment. At that time, if the flexible portion 151 returns to the state shown in FIG. 1 again, there is no problem in the measurement. On the other hand, as shown in FIG. 4B, the phenomenon that the stopper 151 and the electrode 255 (or the stopper 151 and the second substrate 20) do not separate while adhering to each other even though the external space 1000 has a reduced pressure environment. That is, the sticking phenomenon may occur. In such a state, even if the pressure in the external space 1000 changes, the amount of deflection of the flexible portion 151 can not follow the pressure change, and the pressure can not be measured.

ストッパ155は、一般的に、酸化シリコンが用いられることが多いが、本願の発明者は、スティッキング現象が生じる原因を取り除くためには、ストッパ155および電極255を所定の硬さを備えた金属で形成することが望ましいことを突き止めた。そして、ストッパ155が0.5GPa以上、望ましくは1.0GPa以上のビッカース硬さを有する金属材料であると、効果的にスティッキング現象を抑制することができることが確認された。   In general, silicon oxide is often used for the stopper 155, but the inventor of the present application has suggested that the stopper 155 and the electrode 255 be made of a metal having a predetermined hardness in order to eliminate the cause of the sticking phenomenon. It was found that it was desirable to form. Then, it was confirmed that the sticking phenomenon can be effectively suppressed when the stopper 155 is a metal material having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more, preferably 1.0 GPa or more.

スティッキング現象が生じる原因の一部として、ストッパ155と電極255とが静電引力で結合したり、分子間力で結合したり、電極255にストッパ155が食い込んだりすることが考えられている。   As part of the cause of the sticking phenomenon, it is considered that the stopper 155 and the electrode 255 are coupled by electrostatic attraction, coupled by an intermolecular force, or the stopper 155 bites into the electrode 255.

上記の通り、ストッパ155と電極255とをそれぞれ金属で形成することにより、帯電を防止し、静電引力での結合を抑制することができる。また、ストッパ155と電極255とを硬い材料で形成することにより、それぞれが変形しにくくなるため、それぞれの表面の凹凸がつぶれて接触面の密着面積が増加してしまったり、電極255にストッパ155が食い込んだりすることを抑制することができる。密着面積の増加を抑えれば、分子間力による結合力が弱まる。その結果、スティッキング現象が抑制される。   As described above, by forming the stopper 155 and the electrode 255 of metal respectively, charging can be prevented and coupling by electrostatic attraction can be suppressed. Further, by forming the stopper 155 and the electrode 255 of a hard material, they are less likely to be deformed, so that the unevenness of each surface is crushed and the contact area of the contact surface is increased. Can be suppressed. If the increase in the adhesion area is suppressed, the intermolecular force weakens. As a result, the sticking phenomenon is suppressed.

[圧力センサ1の製造方法]
圧力センサ1は、第1基板10と第2基板20とが接合されて形成される。第1基板10および第2基板20のそれぞれは、以下に説明する所定の製造工程を経てから接合される。
[Method of Manufacturing Pressure Sensor 1]
The pressure sensor 1 is formed by bonding the first substrate 10 and the second substrate 20. Each of the first substrate 10 and the second substrate 20 is bonded after undergoing a predetermined manufacturing process described below.

[第1基板10に対する製造工程]
図5は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサの第1基板の製造方法を説明するための断面構造の模式図である。まず、図5(a)に示す第1基板10を準備する。第1基板10は、シリコンの活性層15および支持層17を備え、さらに、これらに挟まれた酸化シリコンのBOX層13を備えるSOI基板である。少なくとも活性層15は導電性を有している。
[Manufacturing Process for First Substrate 10]
FIG. 5 is a schematic view of a sectional structure for illustrating the method of manufacturing the first substrate of the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention. First, the first substrate 10 shown in FIG. 5A is prepared. The first substrate 10 is an SOI substrate provided with an active layer 15 of silicon and a support layer 17 and further provided with a BOX layer 13 of silicon oxide sandwiched therebetween. At least the active layer 15 has conductivity.

活性層15の一部をエッチングしてキャビティ1501を形成する(図5(b))。このとき、BOX層13が露出しない程度に所定の厚さの膜が残るように活性層15をエッチングする。例えば、活性層15の表面に形成した酸化シリコン膜(熱酸化膜等)のうち、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経てキャビティ1501に対応する部分を開口させ、この酸化シリコン膜をマスクとしてTMAHを用いたウエットエッチングで活性層15をエッチングすればよい。エッチング時間は、残存させる膜厚から求められるエッチング量と活性層15のエッチングレートとに基づいて決められる。   A part of the active layer 15 is etched to form a cavity 1501 (FIG. 5 (b)). At this time, the active layer 15 is etched so that a film having a predetermined thickness remains so as not to expose the BOX layer 13. For example, a silicon oxide film (thermal oxide film or the like) formed on the surface of the active layer 15 is subjected to a photolithography step and an etching step, and a portion corresponding to the cavity 1501 is opened. The active layer 15 may be etched by wet etching. The etching time is determined based on the etching amount obtained from the film thickness to be left and the etching rate of the active layer 15.

キャビティ1501において残存する活性層15は、その一部が可撓部151となる部分である。したがって、残存させる膜厚は、圧力センサ1の使用環境に合わせて適宜設定される。例えば、測定環境(外部空間1000)の圧力変動が小さい場合には、小さい圧力変動で可撓部151が撓む必要があるため、残存させる膜が薄くなるように設定される。逆に、測定環境の圧力変動が大きい場合には、残存させる膜が厚くなるように設定される。   The active layer 15 remaining in the cavity 1501 is a portion where a portion thereof becomes the flexible portion 151. Therefore, the film thickness to be left is appropriately set in accordance with the use environment of the pressure sensor 1. For example, when the pressure fluctuation in the measurement environment (the external space 1000) is small, the flexible portion 151 needs to be bent by a small pressure fluctuation, so that the film to be left is set to be thin. Conversely, when the pressure fluctuation in the measurement environment is large, the film to be left is set to be thick.

例えば、可撓部151の直径が7.6mm程度である場合には、圧力センサ1のフルスケールに応じて、可撓部151の膜厚および活性層15のキャビティ深さ(可撓部151表面から第2基板20の表面までの距離)が設定される。これらのパラメータは、例えば、以下の通り設定される。   For example, when the diameter of the flexible portion 151 is about 7.6 mm, the film thickness of the flexible portion 151 and the cavity depth of the active layer 15 (the surface of the flexible portion 151) according to the full scale of the pressure sensor 1 And the distance from the surface of the second substrate 20). These parameters are set, for example, as follows.

フルスケールが133Pa(1Torr)の場合、活性層15の膜厚が31.5μmの第1基板10を使用し、可撓部151の膜厚が21.5μm、キャビティ深さが10μmで設定される。フルスケールが1330Pa(10Torr)の場合、活性層15の膜厚が59μmの第1基板10を使用し、可撓部151の膜厚が49μm、キャビティ深さが10μmで設定される。フルスケールが13300Pa(100Torr)の場合、活性層15の膜厚が107μmの第1基板10を使用し、可撓部151の膜厚が90μm、キャビティ深さが17μmで設定される。フルスケールが133000Pa(1000Torr)の場合、活性層15の膜厚が219μmの第1基板10を使用し、可撓部151の膜厚が202μm、キャビティ深さが17μmで設定される。   When the full scale is 133 Pa (1 Torr), the film thickness of the active layer 15 is set to 31.5 μm, the film thickness of the flexible portion 151 is set to 21.5 μm, and the cavity depth is 10 μm. . When the full scale is 1330 Pa (10 Torr), the film thickness of the active layer 15 is set to 59 μm, and the film thickness of the flexible portion 151 is set to 49 μm and the cavity depth is 10 μm. When the full scale is 13300 Pa (100 Torr), the thickness of the active layer 15 is set to 107 μm, and the thickness of the flexible portion 151 is set to 90 μm and the cavity depth is set to 17 μm. When the full scale is 133000 Pa (1000 Torr), the film thickness of the active layer 15 is set to 219 μm, the film thickness of the flexible portion 151 is set to 202 μm, and the cavity depth is set to 17 μm.

次に、活性層15上に導電層1505を形成する(図5(c))。導電層1505は、スパッタ、蒸着等で形成されたビッカース硬さ0.5GPa以上の金属であり、例えば、Crである。その後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て、キャビティ1501内にストッパ155を形成する(図5(d))。そのため、導電層1505の膜厚が、ストッパ155の高さを規定することになり、例えば、1〜5μmで設定される。なお、ストッパ155は、めっき工程によって成長された導電層を用いて形成されてもよい。具体的には、シード層をスパッタで形成し、ネガレジストによるフォトリソグラフィ工程、露出したシード層からめっき層(導電層)を成長させる電解めっき工程、レジスト剥離工程、および不要なシード層を除去する工程を経て、ストッパ155を形成する。   Next, the conductive layer 1505 is formed on the active layer 15 (FIG. 5C). The conductive layer 1505 is a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more formed by sputtering, evaporation or the like, and is, for example, Cr. Thereafter, a stopper 155 is formed in the cavity 1501 through a photolithography process and an etching process (FIG. 5D). Therefore, the film thickness of the conductive layer 1505 defines the height of the stopper 155, and is set to, for example, 1 to 5 μm. The stopper 155 may be formed using a conductive layer grown by a plating process. Specifically, a seed layer is formed by sputtering, a photolithography process using a negative resist, an electrolytic plating process for growing a plating layer (conductive layer) from an exposed seed layer, a resist peeling process, and an unnecessary seed layer are removed. After the process, the stopper 155 is formed.

[第2基板20に対する製造工程]
図6は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサの第2基板の製造方法を説明するための断面構造の模式図である。図6(a)に示すように、第2基板20には、導電材料(例えば、タングステン等)の貫通電極213、215が形成されている。この貫通電極213、215は、ガラス基板に貫通孔を形成し、導電材料を貫通孔に埋め込むことにより形成される。
[Manufacturing process for the second substrate 20]
FIG. 6 is a schematic view of a cross-sectional structure for illustrating the method of manufacturing the second substrate of the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6A, through electrodes 213 and 215 made of a conductive material (for example, tungsten or the like) are formed in the second substrate 20. The through electrodes 213 and 215 are formed by forming through holes in a glass substrate and embedding a conductive material in the through holes.

次に、貫通電極213に接続された電極253、および貫通電極215に接続された電極255が形成される(図6(b))。電極253、255は、例えば、貫通電極と接触するAuと、Au上に形成されたCrの積層構造をスパッタ、蒸着等で形成し、その後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て形成される。上述したとおり、Crは、ビッカース硬さ0.5GPa以上の金属の一例である。なお、上述のストッパ155の形成方法でも説明したとおり、これらの電極ついても、めっき工程によって成長された導電層を用いて形成されてもよい。また、ゲッタ材260が形成される。   Next, the electrode 253 connected to the through electrode 213 and the electrode 255 connected to the through electrode 215 are formed (FIG. 6B). The electrodes 253 and 255 are formed, for example, by sputtering, vapor deposition or the like of a laminated structure of Au in contact with the through electrode and Cr formed on Au, and then formed through a photolithography process and an etching process. As described above, Cr is an example of a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more. As described in the method for forming the stopper 155 described above, these electrodes may also be formed using the conductive layer grown in the plating process. In addition, the getter material 260 is formed.

[第1基板10と第2基板20との接合]
このように形成された第1基板10と第2基板20とは、第1基板10のストッパ155と第2基板20の電極255とを、真空雰囲気下で対向させて接合される。第1基板10がシリコンであり、第2基板20がガラスであるため、この接合は、例えば、陽極接合が用いられる。この接合によって、導電部155と電極255とが接触する。
[Bonding of First Substrate 10 and Second Substrate 20]
The first substrate 10 and the second substrate 20 thus formed are joined with the stopper 155 of the first substrate 10 and the electrode 255 of the second substrate 20 facing each other in a vacuum atmosphere. Since the first substrate 10 is silicon and the second substrate 20 is glass, for example, anodic bonding is used for this bonding. The conductive portion 155 and the electrode 255 are in contact with each other by this bonding.

[第1基板10と第2基板20との接合後の圧力センサ1の製造工程]
図7は、本発明の第1実施形態に係る第1基板10と第2基板20とが接合された後の圧力センサ1の製造方法を説明するための断面図である。図7(a)は、第1基板10と第2基板20とが接合された後の圧力センサ1を示している。電極253は、活性層15と接触し導通している。電極255とストッパ155とは対向して配置されている。キャビティ1501が第2基板20で覆われて、内部空間110が形成される。
[Manufacturing process of pressure sensor 1 after bonding of first substrate 10 and second substrate 20]
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the pressure sensor 1 after the first substrate 10 and the second substrate 20 according to the first embodiment of the present invention are bonded. FIG. 7A shows the pressure sensor 1 after the first substrate 10 and the second substrate 20 are bonded. The electrode 253 is in contact with the active layer 15 to conduct electricity. The electrode 255 and the stopper 155 are disposed to face each other. The cavity 1501 is covered by the second substrate 20 to form an internal space 110.

次に、第2基板20の外面側(内部空間110とは反対側)に電極233、235を形成する(図7(b))。電極233、235は、半田用の電極パッドとなるものであって、例えば、Cu、Ti、Ni、Au等の積層構造として形成される。これらの電極についても、上述のストッパ155、電極253、255等と同様に、蒸着等およびエッチングにより形成されてもよいし、めっき工程によって成長された導電層を用いて形成されてもよい。電極233は、貫通電極213と接続される。電極235は貫通電極215と接続される。なお、電極233と貫通電極213は、直接的に接続される場合に限られず、別の金属配線を介して電気的に接続されていてもよい。電極235と貫通電極235との関係についても同様である。   Next, the electrodes 233 and 235 are formed on the outer surface side (the opposite side to the internal space 110) of the second substrate 20 (FIG. 7B). The electrodes 233 and 235 are electrode pads for solder, and are formed as a laminated structure of, for example, Cu, Ti, Ni, Au or the like. These electrodes may also be formed by vapor deposition or etching and etching as in the case of the stopper 155, the electrodes 253, 255, etc. described above, or may be formed using a conductive layer grown by a plating process. The electrode 233 is connected to the through electrode 213. The electrode 235 is connected to the through electrode 215. The electrode 233 and the through electrode 213 are not limited to direct connection, and may be electrically connected via another metal wire. The same applies to the relationship between the electrode 235 and the through electrode 235.

次に、支持層17をエッチングし、さらにBOX層13をエッチングして、活性層15を露出させることによって、可撓部151を形成する(図6(c))。例えば、フォトリソグラフィを用いたエッチングを行う際に、BOX層13をエッチングストッパとして支持層17をエッチングし、その後、活性層15をエッチングストッパとしてBOX層13をエッチングする。このエッチングはドライエッチングが用いられてもよいし、ウエットエッチングが用いられてもよい。このようにして露出された可撓部151の面は、外部空間1000に曝されることになる。   Next, the support layer 17 is etched and the BOX layer 13 is etched to expose the active layer 15, thereby forming the flexible portion 151 (FIG. 6C). For example, when etching is performed using photolithography, the support layer 17 is etched using the BOX layer 13 as an etching stopper, and then the BOX layer 13 is etched using the active layer 15 as an etching stopper. The etching may be dry etching or wet etching. The surface of the flexible portion 151 exposed in this manner is exposed to the external space 1000.

上述した圧力センサ1は、図においては、1つのセンサとして説明したが、実際の製造工程においては、一基板上に複数の圧力センサ1が同時に形成されている。したがって、それぞれの圧力センサ1を個片化するためにダイシングを行う。なお、上述した製造方法における各構成の材料、エッチング方法等の各種条件については一例であって、様々な条件に設定可能である。以上が、圧力センサ1の製造方法についての説明である。   Although the pressure sensor 1 described above is described as one sensor in the drawing, in an actual manufacturing process, a plurality of pressure sensors 1 are simultaneously formed on one substrate. Therefore, dicing is performed to separate each pressure sensor 1. In addition, about various conditions, such as the material of each structure in the manufacturing method mentioned above, an etching method, etc., it is an example and can be set to various conditions. The above is the description of the method of manufacturing the pressure sensor 1.

[圧力測定装置]
続いて、圧力センサ1を用いて外部空間1000の圧力を測定する圧力測定装置100について図8を用いて説明する。
[Pressure measuring device]
Subsequently, a pressure measuring device 100 that measures the pressure in the external space 1000 using the pressure sensor 1 will be described with reference to FIG.

図8は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサを用いた圧力測定装置の構成を示すブロック図である。圧力測定装置100は、外部空間1000の圧力を測定する装置であって、圧力センサ1と制御部2を備えている。制御部2は、圧力センサ1の電極233、235に対して測定用の信号を供給して容量を測定し、容量の測定結果に所定の演算を施して、外部空間1000の圧力を算出して、圧力測定値として出力する。   FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a pressure measurement device using a pressure sensor according to the first embodiment of the present invention. The pressure measuring device 100 is a device that measures the pressure in the external space 1000, and includes a pressure sensor 1 and a control unit 2. The control unit 2 supplies a signal for measurement to the electrodes 233 and 235 of the pressure sensor 1 to measure the volume, performs a predetermined calculation on the measurement result of the volume, and calculates the pressure in the external space 1000 Output as a pressure measurement value.

上述したように、ストッパ155は導電性を有する金属である。そのため、ストッパ155と電極255とが接触して、ストッパ155が可撓部151と電極255とに挟まれた状態になると、電極233、235間がショートする。そのため、制御部2は、圧力センサ1がこのような状況になる場合には、電極233、235間への電流供給を停止する。圧力センサ1において、電極233、235間がショート状況については、電極233、235間の抵抗が所定値より低くなった場合として検知されればよい。   As described above, the stopper 155 is a conductive metal. Therefore, when the stopper 155 contacts the electrode 255 and the stopper 155 is sandwiched between the flexible portion 151 and the electrode 255, a short circuit occurs between the electrodes 233 and 235. Therefore, the control unit 2 stops the current supply between the electrodes 233 and 235 when the pressure sensor 1 is in such a condition. In the pressure sensor 1, the short circuit between the electrodes 233 and 235 may be detected as the case where the resistance between the electrodes 233 and 235 becomes lower than a predetermined value.

以上、本実施形態における圧力センサ1は、ストッパ155および電極255において、少なくとも、これらの接触面に硬い金属が配置されている。そのため、この圧力センサ1においては、スティッキング現象が発生しにくくなっている。ストッパ155を、ビッカース硬さで0.5GPa以上、望ましくは1.0GPa以上である金属で形成することで、スティッキング現象を大幅に抑制することができる。   As described above, in the pressure sensor 1 in the present embodiment, hard metal is disposed at least on the contact surface of the stopper 155 and the electrode 255. Therefore, in the pressure sensor 1, the sticking phenomenon is less likely to occur. By forming the stopper 155 of a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more, preferably 1.0 GPa or more, the sticking phenomenon can be significantly suppressed.

<第2実施形態>
第2実施形態においては、ストッパが第2基板20側に配置されている圧力センサ1Aについて説明する。
Second Embodiment
In the second embodiment, a pressure sensor 1A in which a stopper is disposed on the second substrate 20 side will be described.

図9は、本発明の第2実施形態に係る圧力センサの構造を説明するための断面構造の模式図である。ストッパ155Aは、第2基板20に配置された電極255A上に配置されている。また、ストッパ155Aは、電極255A以外の領域に、さらに配置されていてもよい。   FIG. 9 is a schematic view of a cross-sectional structure for describing the structure of a pressure sensor according to a second embodiment of the present invention. The stopper 155A is disposed on the electrode 255A disposed on the second substrate 20. In addition, the stopper 155A may be further disposed in a region other than the electrode 255A.

ストッパ155Aは、第1実施形態と同様に、ビッカース硬さで0.5GPa以上、望ましくは1.0GPa以上である金属で形成されている。一方、電極255は、可撓部151Aと直接的に接触するものではないため、第1実施形態とは異なり、必ずしも、ビッカース硬さで0.5GPa以上、望ましくは1.0GPa以上である金属で形成されている必要はない。   The stopper 155A is formed of a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more, preferably 1.0 GPa or more, as in the first embodiment. On the other hand, unlike the first embodiment, the electrode 255 is not a metal which is in direct contact with the flexible portion 151A, and is necessarily a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more, preferably 1.0 GPa or more. It does not have to be formed.

このように、ストッパ155Aが、圧力変化により撓み量が変化する可撓部151に配置されているのではなく、圧力変化によっても固定されている第2基板20側に配置されていても、スティッキング現象の発生を抑制することができる。   As described above, even if the stopper 155A is disposed not on the flexible portion 151 whose deflection amount changes due to pressure change, but also on the side of the second substrate 20 which is also fixed due to pressure change, The occurrence of the phenomenon can be suppressed.

<第3実施形態>
第3実施形態では、第1、第2実施形態をまとめ、第1基板10側および第2基板20側の双方にストッパが設けられている圧力センサ1Bについて説明する。
Third Embodiment
In the third embodiment, the first and second embodiments will be summarized, and a pressure sensor 1B in which stoppers are provided on both the first substrate 10 side and the second substrate 20 side will be described.

図10は、本発明の第3実施形態に係る圧力センサの構造を説明するための断面構造の模式図である。第1基板10側には、可撓部151Bにストッパ155B1が配置されている。第2基板20側においても、電極255Bにストッパ155B2が配置されている。また、ストッパ155B2は、電極255B以外の領域に、さらに配置されていてもよい。   FIG. 10 is a schematic view of a cross-sectional structure for describing the structure of a pressure sensor according to a third embodiment of the present invention. A stopper 155B1 is disposed on the flexible portion 151B on the first substrate 10 side. Also on the second substrate 20 side, the stopper 155B2 is disposed on the electrode 255B. The stopper 155B2 may be further disposed in a region other than the electrode 255B.

ストッパ155B1、155B2は、共にビッカース硬さで0.5GPa以上、望ましくは1.0GPa以上である金属で形成されている。ストッパ155B1、155B2は、可撓部151Bが所定量以上に大きく撓んだときに、ストッパ155B1と、対向して配置されているストッパ155B2とが接触するように、それぞれの位置が決められている。   The stoppers 155B1 and 155B2 are both formed of a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more, preferably 1.0 GPa or more. The positions of the stoppers 155B1 and 155B2 are determined such that the stopper 155B1 and the stopper 155B2 disposed to face the contact come into contact with each other when the flexible portion 151B is largely bent by a predetermined amount or more. .

このように、ストッパが第1基板10側および第2基板20側の双方に配置されていると、硬い金属で形成されたストッパ同士で接触することで、スティッキング現象の発生をさらに抑制することができる。   As described above, when the stoppers are disposed on both the first substrate 10 side and the second substrate 20 side, the occurrence of the sticking phenomenon can be further suppressed by contacting the stoppers formed of hard metal with each other. it can.

<第4実施形態>
第4実施形態では、可撓部151に配置されるストッパの位置関係が、第1実施形態とは異なっている圧力センサ1Cについて説明する。
Fourth Embodiment
In the fourth embodiment, a pressure sensor 1C in which the positional relationship between the stoppers disposed in the flexible portion 151 is different from that in the first embodiment will be described.

図11は、本発明の第4実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。第1実施形態においては、図2に示すように、可撓部151の円の複数の同心円に沿ってストッパ155が配置され、さらに円中心に配置されたストッパ155Xから放射状に各ストッパ155が配置されていた。一方、圧力センサ1Cは、図11に示すように、可撓部151Cにおいて、格子状にストッパ155Cが配置されている。図11においては、ストッパ155Cは、X方向(図左右方向)およびY方向(図上下方向)のいずれも等間隔に並んで配置されているが、一方の方向が他方の方向よりもストッパ間隔が広くてもよい。   FIG. 11 is a plan view of a first substrate of a pressure sensor according to a fourth embodiment of the present invention as viewed from the second substrate side. In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the stoppers 155 are arranged along a plurality of concentric circles of the circle of the flexible portion 151, and the stoppers 155 are arranged radially from the stopper 155 X arranged at the circle center. It had been. On the other hand, in the pressure sensor 1C, as shown in FIG. 11, the stoppers 155C are arranged in a grid shape in the flexible portion 151C. In FIG. 11, the stoppers 155C are arranged at equal intervals in both the X direction (horizontal direction in the drawing) and the Y direction (vertical direction in the drawing), but one direction is closer to the stopper than the other direction. It may be wide.

<第5実施形態>
第5実施形態では、可撓部151に配置されるストッパの位置関係が、第1実施形態とは異なっている圧力センサ1Dについて説明する。
Fifth Embodiment
In the fifth embodiment, a pressure sensor 1D in which the positional relationship between the stoppers disposed in the flexible portion 151 is different from that in the first embodiment will be described.

図12は、本発明の第5実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。ストッパ155Dは、可撓部151Dの領域SAにおいて偏りを持って分散して配置されている。すなわち、ストッパ155Dの分布の中心と、可撓部151Dの重心(この例では円の中心)とが異なる位置になるように、ストッパ155Dが配置されている。この例では、ストッパ155Dの密度が、第1領域HA1において高く、第2領域HA2において低くなっている。そのため、分布の中心が可撓部151D1の重心(円の中心)よりも領域HA1側にずれている。なお、分布の中心とは、例えば、XY座標系において、X座標の中央値、Y座標の中央値であればよい。   FIG. 12 is a plan view of a first substrate of a pressure sensor according to a fifth embodiment of the present invention as viewed from the second substrate side. The stoppers 155D are distributed in a distributed manner with a bias in the area SA of the flexible portion 151D. That is, the stopper 155D is disposed such that the center of the distribution of the stopper 155D and the center of gravity of the flexible portion 151D (in this example, the center of the circle) are at different positions. In this example, the density of the stopper 155D is high in the first area HA1 and low in the second area HA2. Therefore, the center of distribution is shifted to the area HA1 side from the center of gravity (center of circle) of the flexible portion 151D1. The center of the distribution may be, for example, a median value of X coordinates and a median value of Y coordinates in the XY coordinate system.

このように、可撓部151Dにおいて、偏りをもつようにストッパ155Dを配置することによって、可撓部151Dに不均一な応力等を発生させる。この不均一な応力が生じると、可撓部151Dと電極255とでストッパ155Dを挟んでいる状態になっても、不均一な力、すなわち局所的に大きくなる力が可撓部151Dにかかりやすくなるため、ストッパ155Dと電極255とが分離しやすくなる。したがって、スティッキング現象の発生が抑制される。   As described above, by arranging the stopper 155D in the flexible portion 151D so as to have a bias, non-uniform stress or the like is generated in the flexible portion 151D. If this non-uniform stress is generated, even if the flexible portion 151D and the electrode 255 sandwich the stopper 155D, the non-uniform force, that is, the locally large force is likely to be applied to the flexible portion 151D. Therefore, the stopper 155D and the electrode 255 can be easily separated. Therefore, the occurrence of the sticking phenomenon is suppressed.

<第6実施形態>
第6実施形態においては、ストッパの大きさ(この例では、可撓部と接触する面積、以下、設置面積という)が異なっている圧力センサ1Eについて説明する。
Sixth Embodiment
In the sixth embodiment, a pressure sensor 1E in which the size of the stopper (in this example, the area in contact with the flexible portion, hereinafter referred to as the installation area) is different will be described.

図13は、本発明の第6実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。図13に示すように、可撓部151Eの中心に配置されたストッパ155EXと、可撓部151Eの周辺部に配置されたストッパ155EEとは、設置面積が異なっている。この例では、周辺部に配置されているほど、設置面積が大きい。可撓部151Eが撓むときには中心部において変位量が最大となり、周辺部において変位量が小さい。したがって、言い換えると、この例におけるストッパの形状は、位置によって異なり、可撓部151Eが撓むときに、変位量が小さいほど(周辺部)設置面積が大きい。   FIG. 13 is a plan view of a first substrate of a pressure sensor according to a sixth embodiment of the present invention as viewed from the second substrate side. As shown in FIG. 13, the installation areas of the stopper 155 </ b> EX disposed at the center of the flexible part 151 </ b> E and the stopper 155 </ b> EE disposed at the periphery of the flexible part 151 </ b> E are different. In this example, the installation area is larger as it is disposed in the peripheral portion. When the flexible portion 151E bends, the displacement amount is maximum at the central portion, and the displacement amount is small at the peripheral portion. Therefore, in other words, the shape of the stopper in this example differs depending on the position, and the smaller the displacement amount (the peripheral portion), the larger the installation area when the flexible portion 151E bends.

また、この例では、中心以外のストッパの形状が略直方体の形状である。このような形状にすることで、可撓部151Eが撓んでストッパが電極255に接触する際に、ストッパの各辺のうち、可撓部151Eの中心に近い側の辺が線接触をしやすくなる。   Moreover, in this example, the shape of the stopper other than the center is a substantially rectangular parallelepiped shape. With such a shape, when the flexible portion 151E is bent and the stopper contacts the electrode 255, among the sides of the stopper, the side closer to the center of the flexible portion 151E is likely to be in line contact Become.

ストッパの形状が円である場合、可撓部151Eの中心に近い側において点接触をすることになる。点接触の場合には、接触時の衝撃による力が集中してしまうため、ストッパの破損を防止する程度に硬い材料が要求される。一方、この例のように線接触をすることで衝撃による力を分散させ、弱まった状態でストッパに伝えることができる。   When the shape of the stopper is a circle, point contact is made on the side close to the center of the flexible portion 151E. In the case of point contact, since a force due to an impact at the time of contact is concentrated, a hard material is required to an extent that breakage of the stopper is prevented. On the other hand, by making line contact as in this example, the force due to impact can be dispersed and transmitted to the stopper in a weakened state.

<第7実施形態>
第7実施形態においては、第6実施形態の構成のストッパの形状を円弧状に変更した圧力センサ1Fについて説明する。
Seventh Embodiment
In 7th Embodiment, the pressure sensor 1F which changed the shape of the stopper of the structure of 6th Embodiment into circular arc shape is demonstrated.

図14は、本発明の第7実施形態に係る圧力センサの第1基板を第2基板側から見た平面図である。図14に示すように、ストッパ155FEは、可撓部151Fの円と同心円に沿った円弧に沿った形状である。そのため、可撓部151Fが撓んでストッパが電極255と接触する際に、第6実施形態の場合に比べて、さらに線接触する範囲が大きくなる。したがって、接触時の衝撃による力をより分散させることができる。   FIG. 14 is a plan view of a first substrate of a pressure sensor according to a seventh embodiment of the present invention as viewed from the second substrate side. As shown in FIG. 14, the stopper 155FE has a shape along an arc concentric with the circle of the flexible portion 151F. Therefore, when the flexible portion 151F is bent and the stopper comes in contact with the electrode 255, the range of linear contact is further increased as compared with the sixth embodiment. Therefore, the force by the impact at the time of contact can be dispersed more.

<第8実施形態>
第8実施形態においては、ストッパの断面形状の例を説明する。
Eighth Embodiment
In the eighth embodiment, an example of the sectional shape of the stopper will be described.

図15は、本発明の第8実施形態に係る圧力センサのストッパの他の断面形状の例を説明するための断面構造の模式図である。まず、上記の各実施形態においては、図15(a)に示すように、ストッパ155の断面形状は、長方形である。すなわち、第1実施形態のストッパ155は、円柱形状である。   FIG. 15 is a schematic view of a sectional structure for illustrating another example of the sectional shape of the stopper of the pressure sensor according to the eighth embodiment of the present invention. First, in each of the embodiments described above, as shown in FIG. 15A, the cross-sectional shape of the stopper 155 is rectangular. That is, the stopper 155 of the first embodiment has a cylindrical shape.

この構造の場合、可撓部151の中心にあるストッパ155Xについては、可撓部151の撓み(点線部分、この実施形態において以下同じ)によって、ストッパ155Xの上面が電極255に接触する。一方、それ以外のストッパ155については、ストッパ155X側の角部Cから電極255に接触する。第6、7実施形態でも説明したとおり、この角部Cにおいては、接触時の衝撃による力が集中して伝達されるため、破損しやすい。ストッパは硬い材料で形成され、また、脆性材料ではなく延性材料である金属で形成されているため、簡単には破損しない構成であるが、できるだけ破損する可能性を抑えることが望ましい。   In the case of this structure, the upper surface of the stopper 155X contacts the electrode 255 due to the bending of the flexible portion 151 (dotted line portion, hereinafter the same in this embodiment) for the stopper 155X at the center of the flexible portion 151. On the other hand, the other stoppers 155 contact the electrode 255 from the corner C on the stopper 155X side. As described in the sixth and seventh embodiments, in the corner portion C, since the force due to the impact at the time of contact is concentrated and transmitted, it is easily broken. Since the stopper is formed of a hard material and is formed of a metal that is not a brittle material but a ductile material, although the structure is not easily broken, it is desirable to suppress the possibility of breakage as much as possible.

破損する可能性を抑えた構造について図15(b)、(c)を用いて説明する。図15(b)に示す構造では、角部Cに対応する部分が面取りされたストッパ155Gが可撓部151Gに配置されている。このように面取りされていることで、ストッパ155Gの破損を抑制することができる。   A structure in which the possibility of breakage is suppressed will be described with reference to FIGS. 15 (b) and 15 (c). In the structure shown in FIG. 15 (b), a stopper 155G in which a portion corresponding to the corner C is chamfered is disposed on the flexible portion 151G. By chamfering in this manner, breakage of the stopper 155G can be suppressed.

なお、図15(b)においては、中心側のみならず外周側の角についても面取りされているが、外周側については必ずしも面取りされていなくてもよい。また、中心のストッパ155GXについても面取りされていなくてもよい。   In addition, in FIG.15 (b), although not only the center side but the corner | angular_part on the outer peripheral side is chamfered, it may not necessarily be chamfered about the outer peripheral side. In addition, the center stopper 155GX may not be chamfered.

図15(c)に示す構造では、角部Cに対応する部分が2段階の角部C1、C2を有し、高さの異なる2つの領域を有するように形成されたストッパ155Hが可撓部151Hに配置されている。可撓部155Hが撓んで、ストッパ155Hが電極255に接触するときに、2段階の角部C1、C2がほぼ同時に電極255に接触するように形成されていてもよい。このように高さが異なる多段階の角部C1、C2を備えていることにより、これらで衝撃による力を分散し、ストッパ155Hの破損を抑制することができる。なお、2段階ではなく、さらに多段階の角部を有するようにしてもよい。一方、可撓部151Hの中心に配置されたストッパ155HXは、2段階の角部を有していなくてもよい。   In the structure shown in FIG. 15C, the portion corresponding to the corner portion C has two steps of corner portions C1 and C2, and the stopper 155H formed to have two regions having different heights is a flexible portion It is arranged at 151H. When the flexible portion 155H is bent and the stopper 155H contacts the electrode 255, the two-step corner C1, C2 may be formed to contact the electrode 255 almost simultaneously. As described above, by providing the multi-step corner portions C1 and C2 having different heights, the force due to impact can be dispersed by these, and breakage of the stopper 155H can be suppressed. In addition, you may make it have the corner | angular part of not only 2 steps but multistep more. On the other hand, the stopper 155HX disposed at the center of the flexible portion 151H may not have two steps of corner portions.

<その他の実施形態>
上記の各実施形態において、ストッパの平面形状(ストッパと可撓部とが接触する部分の形状)は、円、長方形、円弧形を例として説明したが、他の形状であってもよい。例えば、楕円であってもよいし、三角形、正方形、台形、ひし形等の多角形であってもよいし、曲線と直線とで囲まれた図形であればどのような形状であってもよい。
<Other Embodiments>
In each of the above embodiments, the planar shape of the stopper (the shape of the portion where the stopper and the flexible portion are in contact) has been described as an example of a circle, a rectangle, and an arc, but it may be another shape. For example, the shape may be an ellipse, a polygon such as a triangle, a square, a trapezoid, a rhombus, or any shape as long as it is a figure surrounded by a curve and a straight line.

ストッパは円柱、角柱等の柱形状のみならず、円錐、角錐等の錐形状であってもよい。錐形状の場合、ストッパと電極との接触面積を小さくすることができ、スティッキング現象をさらに抑制することができる。   The stopper may have not only a columnar shape such as a cylinder or a prism but also a conical shape such as a cone or a pyramid. In the case of the conical shape, the contact area between the stopper and the electrode can be reduced, and the sticking phenomenon can be further suppressed.

可撓部151は円形であったが、楕円形であってもよいし、正方形、長方形等の多角形であってもよい。また、内部空間110を形成する第1基板10(活性層15)のキャビティ1501に関しても、正方形に限らず、長方形等の多角形であってもよいし、円形、楕円形であってもよい。どのような形状であっても、上述したストッパの様々な配置態様を適用することができる。可撓部の形状の対称性を低くすることにより、可撓部の撓みを不均一にして、スティッキング現象の発生を抑制するようにしてもよい。電極255についても、可撓部の形状に応じて対応させた形状(可撓部の形状の相似形)であることが望ましいが、異なる形状(相似形以外の形状)であってもよい。ただし、電極255の面積は圧力を算出する容量値に影響があるため、面積を計算して形状を決定する必要がある。異なる形状であっても、容量値が同じになるようにすれば、圧力センサとしての汎用性を持たせることができる。例えば、異なる形状の電極を有する圧力センサに交換する場合、圧力センサが接続される測定装置等の計算パラメータ(圧力を算出するためのパラメータ)を変更しなくもよい。また、電極の形状は変えられるが、面積値を充分確保することが望ましく、可撓部形状も電極形状と同じであることが望ましい。キャビティ形状は電極部より大きい面積であればよい。   The flexible portion 151 has a circular shape, but may have an oval shape or a polygonal shape such as a square or a rectangle. Also, the cavity 1501 of the first substrate 10 (the active layer 15) forming the internal space 110 is not limited to a square, and may be a polygon such as a rectangle, a circle, or an ellipse. Regardless of the shape, various arrangements of the stoppers described above can be applied. By lowering the symmetry of the shape of the flexible portion, the bending of the flexible portion may be made non-uniform to suppress the occurrence of the sticking phenomenon. It is desirable that the electrode 255 also have a shape corresponding to the shape of the flexible portion (a similar shape of the shape of the flexible portion), but may have a different shape (a shape other than the similar shape). However, since the area of the electrode 255 affects the capacitance value for calculating the pressure, it is necessary to calculate the area to determine the shape. Even if the shape is different, the versatility as a pressure sensor can be provided by setting the capacitance value to be the same. For example, when replacing with a pressure sensor having electrodes of different shapes, it is not necessary to change calculation parameters (parameters for calculating pressure) of a measuring device or the like to which the pressure sensor is connected. In addition, although the shape of the electrode can be changed, it is desirable to secure a sufficient area value, and the shape of the flexible portion is also preferably the same as the shape of the electrode. The shape of the cavity may be larger than that of the electrode portion.

ストッパの膜を所定値以上の圧縮応力にすることにより、可撓部が弛んでしわができやすいようにしてもよい。このようにして可撓部の撓みを不均一にして、スティッキング現象の発生を抑制するようにしてもよい。   By setting the film of the stopper to a compressive stress equal to or more than a predetermined value, the flexible portion may be slackened and wrinkles may easily occur. In this manner, the bending of the flexible portion may be made uneven to suppress the occurrence of the sticking phenomenon.

第2基板20は、ガラス基板であったが、高抵抗(1kΩcm以上)のシリコン基板であってもよい。この場合、第1基板10との接合は、陽極接合ではなく、常温接合で行うことができる。常温接合の場合、陽極接合時のガス発生もないことから、ゲッタ材260を用いなくてもよい。   The second substrate 20 is a glass substrate, but may be a silicon substrate of high resistance (1 kΩcm or more). In this case, bonding with the first substrate 10 can be performed not by anodic bonding but by normal temperature bonding. In the case of normal temperature bonding, since there is no gas generation at the time of anodic bonding, the getter material 260 may not be used.

ストッパの表面のうち、可撓部の撓みによってストッパと電極(または可撓部)とが接触する面については、表面粗度を向上させる処理が施されていてもよい。   About the surface which a stopper and an electrode (or flexible part) contact by bending of a flexible part among the surfaces of a stopper, processing which improves surface coarseness may be given.

圧力測定装置100は、圧力センサ1に対して超音波振動を与える振動装置を含んでいてもよい。スティッキング現象を解除するための補助として、この振動を用いることができる。超音波振動は、圧力の測定開始前に与えられるようにすればよい。超音波振動が与えられる時間は、予め決められた時間であってもよいし、電極233、235間のショートが解除されるまで時間であってもよい。   The pressure measurement device 100 may include a vibration device that applies ultrasonic vibration to the pressure sensor 1. This vibration can be used as an aid for canceling the sticking phenomenon. Ultrasonic vibration may be given before the start of measurement of pressure. The time during which the ultrasonic vibration is applied may be a predetermined time or may be a time until the short between the electrodes 233 and 235 is released.

また、圧力測定装置100は、圧力センサ1の外形を歪ませて、第1基板10をわずかに歪ませることで、可撓部を変形させるように、力を付与する力付与部を含んでいてもよい。スティッキング現象を解除するための補助として、この力を用いることができる。この力は、圧力の測定開始前に与えられるようにすればよい。力が与えられる時間は、予め決められた時間であってもよいし、電極233、235間のショートが解除されるまで時間であってもよい。   In addition, the pressure measuring device 100 includes a force applying unit that applies a force so as to deform the flexible portion by distorting the outer shape of the pressure sensor 1 and slightly distorting the first substrate 10. It is also good. This force can be used as an aid for releasing the sticking phenomenon. This force may be applied before the start of pressure measurement. The time for which the force is applied may be a predetermined time, or may be a time until the short between the electrodes 233 and 235 is released.

上記の各実施形態においては、圧力センサとして説明したが、加速度センサなどにも適用できる。すなわち、本発明は、外力が加わることにより撓む可撓部を有し、可撓部と固定電極とで容量が形成され、撓み量で容量が変化する構成を有する力学量センサ全般に適用することができる。したがって、圧力測定装置は力学量測定装置として適用することもできる。なお、加速度センサ等の場合、上記実施形態の内部空間110のような密閉空間がなくてもよいため、可撓部の周囲全体が固定されていなくてもよい。したがって、可撓部が片持ち梁のようなものであってもよい。   In each of the above embodiments, the pressure sensor has been described, but the present invention can be applied to an acceleration sensor or the like. That is, the present invention is generally applied to a dynamic quantity sensor having a configuration in which a flexible part is flexed by the application of an external force, a capacity is formed by the flexible part and the fixed electrode, and the capacity is changed by the flexion amount be able to. Therefore, the pressure measuring device can also be applied as a mechanical quantity measuring device. In the case of an acceleration sensor or the like, since the sealed space such as the internal space 110 of the above embodiment may not be present, the entire periphery of the flexible part may not be fixed. Thus, the flexible portion may be like a cantilever.

上記の各実施形態は、それぞれ独立して適用される構成ではなく、重複して適用されてもよい。   Each of the above-described embodiments may not be applied independently, but may be applied in duplicate.

1…圧力センサ、2…制御部10…第1基板、13…BOX層、15…活性層、17…支持層、20…第2基板、100…圧力測定装置、110…内部空間、151…可撓部、155…ストッパ、160…固定部、213,215C…貫通電極、233,235,253,255…電極、1000…外部空間、1501…キャビティ、1505…導電層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pressure sensor, 2 ... Control part 10 ... 1st board | substrate, 13 ... BOX layer, 15 ... Active layer, 17 ... Support layer, 20 ... 2nd board | substrate, 100 ... Pressure measurement apparatus, 110 ... Internal space, 151 ... Possible Flexible part, 155: stopper, 160: fixed part, 213, 215C: through electrode, 233, 235, 253, 255: electrode, 1000: external space, 1501: cavity, 1505: conductive layer

Claims (11)

導電性を有し、外力に応じて撓む可撓部と、
前記可撓部に対向して配置され、前記可撓部と容量を形成する固定電極と、
前記可撓部の前記固定電極側に配置されたストッパと、
を備え、
前記ストッパおよび前記固定電極は、ビッカース硬さが0.5GPa以上の金属が表面に配置されていることを特徴とする力学量センサ。
A flexible portion that is conductive and that bends in response to an external force;
A fixed electrode disposed opposite to the flexible portion and forming a capacitance with the flexible portion;
A stopper disposed on the fixed electrode side of the flexible portion;
Equipped with
The mechanical quantity sensor characterized in that a metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more is disposed on the surface of the stopper and the fixed electrode.
導電性を有し、外力に応じて撓む可撓部と、
前記可撓部に対向して配置され、前記可撓部と容量を形成する固定電極と、
前記固定電極の前記可撓部側に配置されたストッパと、
を備え、
前記ストッパは、ビッカース硬さが0.5GPa以上の金属が表面に配置され、
前記ストッパは、前記可撓部の前記固定電極側にさらに配置され、
前記固定電極に配置された前記ストッパと、前記可撓部に配置された前記ストッパとは、前記可撓部が前記固定電極側に所定量以上に撓んだ場合に、互いに接触することを特徴とする力学量センサ。
A flexible portion that is conductive and that bends in response to an external force;
A fixed electrode disposed opposite to the flexible portion and forming a capacitance with the flexible portion;
A stopper disposed on the flexible portion side of the fixed electrode;
Equipped with
For the stopper, metal having a Vickers hardness of 0.5 GPa or more is disposed on the surface,
The stopper is further disposed on the fixed electrode side of the flexible portion,
The stopper disposed on the fixed electrode and the stopper disposed on the flexible portion contact each other when the flexible portion is bent toward the fixed electrode by a predetermined amount or more. Mechanical quantity sensor to be.
前記可撓部は、円の形状の膜であり、
前記ストッパは、前記円の同心円のいずれかの位置での接線に沿った形状であり、
前記ストッパは、前記可撓部が所定量で撓むときに第1変位量となる位置に対応して配置された第1ストッパ、および第2変位量となる位置に対応して配置された第2ストッパを含み、
前記第1変位量が前記第2変位量よりも小さく、
前記第1ストッパは、前記第2ストッパよりも設置面積が大きいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の力学量センサ。
The flexible portion is a circular membrane.
The stopper has a shape along a tangent at any position of the concentric circle of the circle,
The stopper is disposed at a position corresponding to a first displacement amount corresponding to a position where a first displacement amount is obtained when the flexible portion bends by a predetermined amount, and a second displacement amount corresponding to a position corresponding to a second displacement amount Including two stoppers,
The first displacement amount is smaller than the second displacement amount,
The dynamic quantity sensor according to claim 1, wherein the first stopper has a larger installation area than the second stopper.
前記可撓部は、円の形状の膜であり、
前記ストッパは、前記円の同心円の円弧形状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の力学量センサ。
The flexible portion is a circular membrane.
The stopper is dynamic quantity sensor according to claim 1 or claim 2, characterized in that a circular arc shape concentric of said circle.
前記ストッパは、前記可撓部が撓むときの最大変位量となる位置側において、面取りされた表面を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の力学量センサ。   The dynamic quantity sensor according to claim 1 or 2, wherein the stopper has a chamfered surface at a position side where the displacement amount is maximum when the flexible portion bends. 少なくとも1つの前記ストッパは、高さが異なる複数の領域を有し、前記可撓部が撓むときの最大変位量となる位置側ほど、高さが低くなっていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の力学量センサ。 At least one of the stoppers has a plurality of regions having different heights, and the height is lower toward the position where the maximum displacement amount is obtained when the flexible portion is bent. The dynamic quantity sensor according to claim 1 or 2. 前記可撓部は、周囲を固定された膜であり、
前記外力は、前記膜の両面の圧力差によって生じることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の力学量センサ。
The flexible portion is a membrane fixed in the periphery,
The dynamic quantity sensor according to claim 1 or 2, wherein the external force is generated by a pressure difference between both sides of the membrane.
前記ストッパは、単層構造であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の力学量センサ。   The dynamic quantity sensor according to claim 1, wherein the stopper has a single-layer structure. 前記ストッパは、2層以上の構造であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の力学量センサ。   The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the stopper has a structure of two or more layers. 複数の前記ストッパは、当該複数のストッパの分布の中心と可撓部の重心とが異なる位置になるように配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の力学量センサ。   The mechanical quantity sensor according to claim 1 or 2, wherein the plurality of stoppers are arranged such that the center of the distribution of the plurality of stoppers and the center of gravity of the flexible portion are at different positions. . 請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の力学量センサと、
前記可撓部と前記固定電極とが前記ストッパを挟んだ状態において、前記可撓部と前記固定電極とに前記ストッパを介して流れる電流が抑制されるように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする力学量測定装置。
A mechanical quantity sensor according to any one of claims 1 to 10 ;
A control unit configured to control a current flowing between the flexible portion and the fixed electrode via the stopper in a state in which the flexible portion and the fixed electrode sandwich the stopper;
The mechanical-quantity measuring device characterized by including.
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