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JPH0875571A - Capacitive pressure sensor and method for manufacturing it, and sphygmomanometer - Google Patents

Capacitive pressure sensor and method for manufacturing it, and sphygmomanometer

Info

Publication number
JPH0875571A
JPH0875571A JP6242070A JP24207094A JPH0875571A JP H0875571 A JPH0875571 A JP H0875571A JP 6242070 A JP6242070 A JP 6242070A JP 24207094 A JP24207094 A JP 24207094A JP H0875571 A JPH0875571 A JP H0875571A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
fixed electrode
pressure sensor
glass substrate
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6242070A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Hino
聡 日野
Tomoyuki Koike
智之 小池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to JP6242070A priority Critical patent/JPH0875571A/en
Publication of JPH0875571A publication Critical patent/JPH0875571A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Pressure Sensors (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

PURPOSE: To prevent fixing of a diaphragm and a glass substrate at the time of anode joining. CONSTITUTION: A silicon wafer is etched, a diaphragm 2 is formed on a frame 1, and a movable electrode 5 is formed on the lower face of the diaphragm 2. A fixed electrode 9 and an annular recess part 8 on the circumference thereof are formed in an area opposed to the diaphragm 2 in a glass-made cover 3. The diaphragm 2, the fixed electrode 9 and the recess part 8 are opposed to one another, the frame 1 and the cover 3 are overlapped, and an anode is joined thereto. Even if the diaphragm is deflected in the direction of the cover by electrostatic attracting force between the movable electrode and the fixed electrode at the time of anode joining, the diaphragm does not come into contact with and fix on the glass area of the circumference of the fixed electrode, because the recess part exists on the circumference of the fixed electrode.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は静電容量型圧力センサ及
びその製造方法並びに血圧計に関する。具体的には、血
圧計やガスメータ等に使用される流体の圧力を測定する
静電容量型圧力センサ及びその製造方法並びに当該静電
容量型圧力センサを使用した血圧計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type pressure sensor, a method of manufacturing the same and a sphygmomanometer. Specifically, the present invention relates to a capacitance type pressure sensor for measuring the pressure of a fluid used in a sphygmomanometer, a gas meter and the like, a manufacturing method thereof, and a sphygmomanometer using the capacitance type pressure sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6に示すものは従来例の圧力センサE
の断面図である。圧力センサEは、角枠状をしたフレー
ム51のほぼ中央にダイアフラム52が支持されてお
り、ダイアフラム52及びフレーム51はシリコンウエ
ハをエッチングすることにより一体として形成され、ダ
イアフラム52の下面には可動電極53が形成されてい
る。フレーム51の下面にはガラス基板54が重ねられ
てその周辺部をフレーム51に陽極接合されている。フ
レーム51とガラス基板54との間には、ダイアフラム
52がその厚さ方向に自由に変位できるように窪み55
が形成されている。また、ガラス基板54の内面には可
動電極53と対向して微小なギャップを隔てて固定電極
56が形成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows a conventional pressure sensor E.
FIG. In the pressure sensor E, a diaphragm 52 is supported at approximately the center of a frame 51 having a rectangular frame shape. The diaphragm 52 and the frame 51 are integrally formed by etching a silicon wafer, and a movable electrode is formed on the lower surface of the diaphragm 52. 53 is formed. A glass substrate 54 is overlaid on the lower surface of the frame 51, and its peripheral portion is anodically bonded to the frame 51. A diaphragm 55 is formed between the frame 51 and the glass substrate 54 so that the diaphragm 52 can be freely displaced in its thickness direction.
Are formed. Further, a fixed electrode 56 is formed on the inner surface of the glass substrate 54 so as to face the movable electrode 53 with a minute gap therebetween.

【0003】しかして、ダイアフラム52の上面から測
定対象たるガス圧(測定圧力)が加えられると、導入さ
れたガス圧に応じてダイアフラム52がその厚さ方向に
撓む。ダイアフラム52が撓むと可動電極53と固定電
極56とのギャップが小さくなり両電極間の静電容量の
大きさが増加する。したがって、この静電容量の変化を
検知することにより、加えられたガス圧の大きさを知る
ことができる。
When a gas pressure (measurement pressure) to be measured is applied from the upper surface of the diaphragm 52, the diaphragm 52 bends in the thickness direction according to the introduced gas pressure. When the diaphragm 52 bends, the gap between the movable electrode 53 and the fixed electrode 56 becomes smaller and the magnitude of the electrostatic capacitance between both electrodes increases. Therefore, the magnitude of the applied gas pressure can be known by detecting the change in the electrostatic capacitance.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような静電容量型
圧力センサにあっては、センサ特性から見た場合静電容
量をできるだけ大きくする方が好ましいが、静電容量を
大きくするために電極面積を大きくすれば圧力センサが
大きくなってしまう。そこで、圧力センサを大きくする
ことなく静電容量の大きさを大きくするためには、電極
間のギャップを小さくするのがよい。
In such a capacitance type pressure sensor, it is preferable to make the capacitance as large as possible from the viewpoint of the sensor characteristics, but in order to make the capacitance large, the electrode should be made large. The larger the area, the larger the pressure sensor. Therefore, in order to increase the capacitance without increasing the size of the pressure sensor, it is preferable to reduce the gap between the electrodes.

【0005】しかしながら、固定電極56は固定電極5
6とフレーム51との短絡を防止するため、可動電極5
3よりも小さく形成される。このため、電極間のギャッ
プを小さくすれば、陽極接合時に印加される高い印加電
圧(通常数百V程度)によって生じる静電引力のために
ダイアフラム52が撓み、図6の破線で示すようにダイ
アフラム52の周縁部が固定電極56周囲のガラス基板
54内面(ガラス領域)に固着してしまうという問題点
があった。
However, the fixed electrode 56 is the fixed electrode 5
6 to prevent a short circuit between the frame 5 and the movable electrode 5
It is formed to be smaller than 3. Therefore, if the gap between the electrodes is made small, the diaphragm 52 is bent due to the electrostatic attractive force generated by the high applied voltage (usually about several hundreds V) applied at the time of anodic bonding, and as shown by the broken line in FIG. There has been a problem that the peripheral edge portion of 52 is fixed to the inner surface (glass region) of the glass substrate 54 around the fixed electrode 56.

【0006】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、陽極接合時
における可動電極と固定電極との固着を防ぐことにあ
る。
The present invention has been made in view of the drawbacks of the above conventional examples, and an object thereof is to prevent the movable electrode and the fixed electrode from being fixed to each other during anodic bonding.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の静電容量
型圧力センサは、圧力変化によって撓み量が変化するダ
イアフラムを設けたシリコン基板と、固定電極を設けた
ガラス基板とを接合させてダイアフラムと固定電極とを
対向させ、ダイアフラムに形成された可動電極及び固定
電極間の静電容量から圧力を検出する静電容量型圧力セ
ンサにおいて、前記ガラス基板の、ダイアフラムと対向
する領域のうち、固定電極が存在する領域のダイアフラ
ムとの距離が、固定電極が存在しない領域のダイアフラ
ムとの距離よりも小さいことを特徴としている。
According to a first capacitance type pressure sensor of the present invention, a silicon substrate provided with a diaphragm whose bending amount is changed by a pressure change and a glass substrate provided with a fixed electrode are joined. In the capacitance type pressure sensor that detects the pressure from the electrostatic capacitance between the movable electrode and the fixed electrode formed on the diaphragm by making the diaphragm and the fixed electrode face each other, in the area of the glass substrate facing the diaphragm. The distance to the diaphragm in the region where the fixed electrode exists is smaller than the distance to the diaphragm in the region where the fixed electrode does not exist.

【0008】本発明の第2の静電容量型圧力センサは、
圧力変化によって撓み量が変化するダイアフラムを設け
たシリコン基板と、固定電極を設けたガラス基板とを接
合させてダイアフラムと固定電極とを対向させ、ダイア
フラムに形成された可動電極及び固定電極間の静電容量
から圧力を検出する静電容量型圧力センサにおいて、前
記ガラス基板の、ダイアフラムと対向する領域のうち、
固定電極が存在しない領域を凹部としたことを特徴とし
ている。
The second capacitance type pressure sensor of the present invention is
A silicon substrate provided with a diaphragm whose deflection changes with pressure change and a glass substrate provided with a fixed electrode are bonded to each other so that the diaphragm and the fixed electrode face each other, and the static electrode between the movable electrode and the fixed electrode formed on the diaphragm is fixed. In a capacitance type pressure sensor for detecting pressure from an electric capacity, of the glass substrate, in a region facing the diaphragm,
It is characterized in that the region where the fixed electrode does not exist is a recess.

【0009】本発明の第3の静電容量型圧力センサは、
圧力変化によって撓み量が変化するダイアフラムを設け
たシリコン基板と、固定電極を設けたガラス基板とを接
合させてダイアフラムと固定電極とを対向させ、ダイア
フラムに形成された可動電極及び固定電極間の静電容量
から圧力を検出する静電容量型圧力センサにおいて、前
記ガラス基板の固定電極周囲に環状の凹部を設けたこと
を特徴としている。
The third capacitance type pressure sensor of the present invention is
A silicon substrate provided with a diaphragm whose deflection changes with pressure change and a glass substrate provided with a fixed electrode are bonded to each other so that the diaphragm and the fixed electrode face each other, and the static electrode between the movable electrode and the fixed electrode formed on the diaphragm is fixed. An electrostatic capacity type pressure sensor for detecting pressure from an electric capacity is characterized in that an annular recess is provided around the fixed electrode of the glass substrate.

【0010】本発明の第4の静電容量型圧力センサは、
圧力変化によって撓み量が変化するダイアフラムを設け
たシリコン基板と、固定電極を設けたガラス基板とを接
合させてダイアフラムと固定電極とを対向させ、ダイア
フラムに形成された可動電極及び固定電極間の静電容量
から圧力を検出する静電容量型圧力センサにおいて、前
記ガラス基板に周囲よりも突出した凸部を設け、前記凸
部に固定電極を形成したことを特徴としている。
A fourth capacitance type pressure sensor of the present invention is
A silicon substrate provided with a diaphragm whose deflection changes with pressure change and a glass substrate provided with a fixed electrode are bonded to each other so that the diaphragm and the fixed electrode face each other, and the static electrode between the movable electrode and the fixed electrode formed on the diaphragm is fixed. In the electrostatic capacitance type pressure sensor for detecting pressure from the capacitance, the glass substrate is provided with a convex portion projecting from the surroundings, and a fixed electrode is formed on the convex portion.

【0011】本発明の静電容量型圧力センサの製造方法
は、圧力感知用のダイアフラムを有するシリコン基板
と、固定電極を有するガラス基板であって、固定電極が
存在する領域がその周囲よりも高くなっているガラス基
板とを、ダイアフラムと固定電極とを対向させるように
して陽極接合することを特徴としている。
According to the method of manufacturing a capacitance type pressure sensor of the present invention, a silicon substrate having a diaphragm for pressure sensing and a glass substrate having a fixed electrode, the region where the fixed electrode exists is higher than the surrounding area. It is characterized in that anodic bonding is performed on the glass substrate which is formed so that the diaphragm and the fixed electrode face each other.

【0012】本発明の血圧計は、上記本発明の静電容量
型圧力センサを備えたことを特徴としている。
A sphygmomanometer of the present invention is characterized by including the electrostatic capacitance type pressure sensor of the present invention.

【0013】[0013]

【作用】本発明の第1の静電容量型圧力センサにあって
は、ガラス基板のダイアフラムと対向する領域のうち、
固定電極が存在する領域におけるダイアフラムとの距離
が、固定電極が存在しない領域におけるダイアフラムと
の距離よりも小さく、陽極接合時の静電引力によりダイ
アフラムがガラス基板に向かって撓んだとしても、撓ん
だダイアフラムが固定電極が存在していないガラス領域
と接触することがなく、ダイアフラムとガラス基板との
固着を防ぐことができる。
In the first capacitance type pressure sensor of the present invention, in the region of the glass substrate facing the diaphragm,
Even if the diaphragm in the area where the fixed electrode exists is smaller than the distance in the area where the fixed electrode does not exist and the diaphragm bends toward the glass substrate due to electrostatic attraction during anodic bonding, Since the diaphragm does not come into contact with the glass region where the fixed electrode does not exist, it is possible to prevent the diaphragm and the glass substrate from sticking to each other.

【0014】また、本発明の第2、第3、第4の静電容
量型圧力センサは、第1の静電容量型圧力センサをより
具体的に示したものであって、第2の静電容量型圧力セ
ンサのように固定電極の存在しない領域に凹部を設ける
こととすればよく、固定電極が円形状であれば、第3の
静電容量型圧力センサのように固定電極の周囲に環状の
凹部を設けることにすればよい。さらに、第4の静電容
量型圧力センサのように、周囲よりも突出した凸部をガ
ラス基板に設け、当該凸部に固定電極を設けることにす
ればよい。
The second, third, and fourth capacitance type pressure sensors of the present invention more specifically show the first capacitance type pressure sensor. A concave portion may be provided in a region where the fixed electrode does not exist as in the capacitance type pressure sensor. If the fixed electrode has a circular shape, the concave portion is provided around the fixed electrode as in the third capacitance type pressure sensor. An annular recess may be provided. Further, like the fourth capacitance type pressure sensor, a convex portion protruding from the surroundings may be provided on the glass substrate, and the fixed electrode may be provided on the convex portion.

【0015】したがって、本発明の静電容量型圧力セン
サによれば、製造時の歩留りを向上することができ、特
にダイアフラムと固定電極との距離が小さい、検出感度
のよい静電容量型圧力センサにあっては有効な方法であ
る。
Therefore, according to the capacitance type pressure sensor of the present invention, the yield at the time of manufacturing can be improved, and in particular, the capacitance type pressure sensor having a small distance between the diaphragm and the fixed electrode and good detection sensitivity. This is an effective method.

【0016】また、固定電極とダイアフラムとの間に侵
入したゴミ等はダイアフラムとの距離の大きな固定電極
が形成されていない領域に落とし込むことができ、侵入
したゴミによって圧力センサの動作が妨げられるのを防
ぐことができる。
Further, dust or the like that has entered between the fixed electrode and the diaphragm can be dropped into a region where the fixed electrode having a large distance from the diaphragm is not formed, and the entered dust will hinder the operation of the pressure sensor. Can be prevented.

【0017】また、本発明の静電容量型圧力センサは、
本発明の製造方法によって簡単に製造することができ
る。
The capacitance type pressure sensor of the present invention is
It can be easily manufactured by the manufacturing method of the present invention.

【0018】本発明の血圧計にあっては検出感度がよ
く、ゴミ等による動作不良を少なくすることができる。
The sphygmomanometer of the present invention has a high detection sensitivity and can reduce malfunctions due to dust and the like.

【0019】[0019]

【実施例】図1に示すものは本発明の一実施例である圧
力センサAを示す一部破断した分解斜視図であって、図
2(a)(b)にその平面図及び断面図を示す。圧力セ
ンサAは、シリコン製の支持基板4にガラス基板3が重
ねられ、ガラス基板3の上にはシリコン製のダイアフラ
ム2が支持されたシリコン製のフレーム1が重ねられて
いる。支持基板4とガラス基板3との間やガラス基板3
とフレーム1との間はそれぞれ陽極接合によって接合さ
れており、シリコン/ガラス/シリコンの3層構造とな
っている。ダイアフラム2はフレーム1のほぼ中央に配
設されており、シリコンウエハからフレーム1とともに
一体として形成されている。ダイアフラム2は図2
(c)に示すように、シリコンウエハの一方の面(図面
裏面側)からウェットエッチングによって異方性のディ
ープエッチングが施されて矩形状の薄膜部13が形成さ
れ、次にもう一方の面(図面表面側)からRIEやLO
COSなどのドライエッチングによってシャロウエッチ
ングが施されて円形状の窪み12が形成されることによ
り、ほぼ円形状に形成されている。つまり、シリコンウ
エハを片側の面から大きな面積で深くエンチングし、そ
の後当該エッチング領域と対向する領域を当該シリコン
ウエハの反対側から小さな面積で円形状に浅くエッチン
グすることによって、所定の位置に精度よく円形状のダ
イアフラム2を形成することができる。このようにして
形成されたダイアフラム2の内面は可動電極5となって
おり、可動電極5は、フレーム1内面の接続配線(図示
せず)とガラス基板3上面の引出し配線6とが圧着され
てガラス基板3上面の電極パッド7に電気的に接続され
ている。
1 is a partially broken exploded perspective view showing a pressure sensor A according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are a plan view and a sectional view thereof. Show. In the pressure sensor A, a glass substrate 3 is stacked on a silicon support substrate 4, and a silicon frame 1 on which a silicon diaphragm 2 is supported is stacked on the glass substrate 3. Between the support substrate 4 and the glass substrate 3 or the glass substrate 3
The frame 1 and the frame 1 are joined by anodic bonding, and have a three-layer structure of silicon / glass / silicon. The diaphragm 2 is disposed in the substantially center of the frame 1, and is integrally formed with the frame 1 from a silicon wafer. The diaphragm 2 is shown in FIG.
As shown in (c), anisotropic deep etching is performed by wet etching from one surface (the back surface side of the drawing) of the silicon wafer to form a rectangular thin film portion 13, and then the other surface ( RIE and LO from the drawing surface side)
Shallow etching is performed by dry etching such as COS to form the circular recess 12, so that the recess 12 is formed into a substantially circular shape. That is, a silicon wafer is deeply etched in a large area from one surface, and then a region opposite to the etching region is shallowly etched into a circular shape in a small area from the opposite side of the silicon wafer, whereby the silicon wafer is accurately positioned at a predetermined position. The circular diaphragm 2 can be formed. The inner surface of the diaphragm 2 thus formed serves as a movable electrode 5, and the movable electrode 5 is formed by crimping the connection wiring (not shown) on the inner surface of the frame 1 and the lead wiring 6 on the upper surface of the glass substrate 3. It is electrically connected to the electrode pad 7 on the upper surface of the glass substrate 3.

【0020】ガラス基板3は、支持基板4の上に陽極接
合された後に表面が研磨されて薄板状に作製されてい
る。また、ガラス基板3の上面にはダイアフラム2と対
向する領域の内周域に環状の凹部8が形成されている。
この凹部8に囲まれ凸状となったガラス基板3上面には
可動電極5と微小なギャップを隔てて固定電極9が形成
され、ガラス基板3上面の別な電極パッド10に電気的
に接続されている。
The glass substrate 3 is manufactured as a thin plate by polishing the surface of the glass substrate 3 after anodic bonding on the support substrate 4. Further, on the upper surface of the glass substrate 3, an annular recess 8 is formed in the inner peripheral area of the area facing the diaphragm 2.
A fixed electrode 9 is formed on the upper surface of the glass substrate 3 which is surrounded by the concave portion 8 and has a convex shape with a small gap from the movable electrode 5, and is electrically connected to another electrode pad 10 on the upper surface of the glass substrate 3. ing.

【0021】支持基板4及びガラス基板3には圧力導入
口11が開口されており、フレーム1の内面に形成され
た窪み12(圧力室)内にダイアフラム2の下面に向け
て測定対象であるガス圧が導入されるようになってい
る。しかして、窪み12内にガス圧が導入されるとダイ
アフラム2は導入されたガス圧とセンサ周囲の圧力(基
準圧力)との差圧の大きさに比例して、ダイアフラム2
はガラス基板3から遠ざかる方向に撓む。ダイアフラム
2が撓むと可動電極5と固定電極9との間のギャップ量
が変化して、両電極間の静電容量の大きさが変わる。し
たがって、この静電容量の変化を、電極パッド7,10
に接続された検知回路(図示せず)等によって検知する
ことにより導入されたガス圧の大きさを知ることができ
る。
A pressure introducing port 11 is opened in the support substrate 4 and the glass substrate 3, and a gas to be measured is directed toward the lower surface of the diaphragm 2 in a recess 12 (pressure chamber) formed in the inner surface of the frame 1. Pressure is introduced. When the gas pressure is introduced into the depression 12, the diaphragm 2 is proportional to the pressure difference between the introduced gas pressure and the pressure around the sensor (reference pressure).
Bends away from the glass substrate 3. When the diaphragm 2 bends, the gap amount between the movable electrode 5 and the fixed electrode 9 changes, and the magnitude of the electrostatic capacitance between both electrodes changes. Therefore, the change in the capacitance is changed to the electrode pads 7, 10
The magnitude of the introduced gas pressure can be known by detecting with a detection circuit (not shown) connected to the.

【0022】この圧力センサAにあっては、固定電極9
及びその周囲に設けられた凹部8とダイアフラム2とを
対向させるようにしてガラス基板3とフレーム1が陽極
接合されている。このため、陽極接合時の静電引力によ
りダイアフラム2が固定電極9に引き付けられたとして
も、凹部8があるためにダイアフラム2の周縁部がガラ
ス基板3の内面に固着しない。したがって、可動電極5
と固定電極9のギャップ量を小さくする場合には特に有
効であって、大きな静電容量を有する小型の圧力センサ
Aを作製することができる。また、凹部8を設けてある
ため、窪み12内に導入したガス中にギャップ量よりも
大きな粉塵などのゴミが侵入したとしても、凹部8内に
侵入したゴミを落とし込むことができるので、ゴミによ
ってダイアフラム2の撓みが妨げられないという効果も
得られる。
In this pressure sensor A, the fixed electrode 9
Further, the glass substrate 3 and the frame 1 are anodically bonded so that the recess 8 and the diaphragm 2 provided in the periphery thereof face each other. Therefore, even if the diaphragm 2 is attracted to the fixed electrode 9 by the electrostatic attraction at the time of anodic bonding, the peripheral portion of the diaphragm 2 does not adhere to the inner surface of the glass substrate 3 because of the recess 8. Therefore, the movable electrode 5
It is particularly effective when the gap amount between the fixed electrode 9 and the fixed electrode 9 is small, and a small pressure sensor A having a large capacitance can be manufactured. Further, since the recess 8 is provided, even if dust such as dust larger than the gap amount enters the gas introduced into the recess 12, the dust that has entered the recess 8 can be dropped. The effect that the flexure of the diaphragm 2 is not hindered is also obtained.

【0023】さらにこの圧力センサAにあっては薄いガ
ラス基板3の下面にシリコン製の支持基板4が接合され
シリコン/ガラス/シリコンの3層構造となっているた
めに、陽極接合時の加熱によっても線熱膨張率や弾性率
などの物性の違いによる反りや残留応力が小さく、精度
よく圧力センサAを作製することができる。しかも、温
度変化による反りや応力の発生も抑えられるので、温度
特性のよい圧力センサAとすることができる。特に、本
実施例にあってはガラス基板3は薄板状となっているの
でシリコンとガラスの物性の違いによる影響がさらに小
さく、より効果的である。
Further, in this pressure sensor A, since the supporting substrate 4 made of silicon is bonded to the lower surface of the thin glass substrate 3 to have a three-layer structure of silicon / glass / silicon, it is possible to heat the substrate during anodic bonding. Also, warpage and residual stress due to differences in physical properties such as linear thermal expansion coefficient and elastic modulus are small, and the pressure sensor A can be manufactured with high accuracy. In addition, since warpage and stress due to temperature change can be suppressed, the pressure sensor A having good temperature characteristics can be obtained. In particular, in this embodiment, since the glass substrate 3 has a thin plate shape, the influence of the difference in the physical properties of silicon and glass is further small, and it is more effective.

【0024】また、本実施例のように、窪み12内に測
定圧力を導入した際ダイアフラム2がガラス基板3から
遠ざかるように撓む構造としているので、電極間のギャ
ップ量を小さくしたとしてもダイアフラム2の撓みが制
限されることもないので、大きな測定圧力を導入できる
点で好都合である。
Further, as in this embodiment, when the measuring pressure is introduced into the recess 12, the diaphragm 2 is bent so as to move away from the glass substrate 3. Therefore, even if the gap between the electrodes is made small, the diaphragm is made smaller. Since the deflection of 2 is not limited, it is convenient in that a large measurement pressure can be introduced.

【0025】なお、固定電極7周縁部に設けた凹部8内
には、ガラス以外のシリコンと陽極接合されない絶縁材
料を埋め込むこととしてもよい。また、図には示さない
が、固定電極9を形成する領域に周囲のガラス基板3上
面よりも突出させた凸部を設け、この凸部上面に固定電
極9を形成することとしてもよい。
It should be noted that an insulating material which is not anodically bonded to silicon other than glass may be embedded in the recess 8 provided in the peripheral portion of the fixed electrode 7. Although not shown in the figure, it is also possible to provide a convex portion projecting from the upper surface of the surrounding glass substrate 3 in the region where the fixed electrode 9 is formed, and form the fixed electrode 9 on the upper surface of this convex portion.

【0026】図3に示すものは本発明の別な実施例であ
る圧力センサBの断面図である。圧力センサBは上記実
施例と同様にして作製されたダイアフラム2が支持され
たシリコン製のフレーム1と厚板状のガラス基板3とが
陽極接合されている。ガラス基板3には窪み12の端部
に位置するようにして圧力導入口11が設けられ、ガラ
ス基板3内面に設けた固定電極9の外周には円環状に凹
部8が形成されている。このように、ガラス基板3とフ
レーム1を陽極接合した2層構造の圧力センサBにも適
用でき、ダイアフラム2がガラス基板3の内面に固着す
ることなく圧力センサBを作製することができる。
FIG. 3 is a sectional view of a pressure sensor B which is another embodiment of the present invention. In the pressure sensor B, a silicon frame 1 on which a diaphragm 2 manufactured in the same manner as in the above embodiment is supported and a thick glass substrate 3 are anodically bonded. The glass substrate 3 is provided with a pressure introduction port 11 so as to be located at the end of the recess 12, and the fixed electrode 9 provided on the inner surface of the glass substrate 3 is formed with an annular recess 8 on the outer periphery thereof. As described above, the present invention can be applied to the pressure sensor B having a two-layer structure in which the glass substrate 3 and the frame 1 are anodic-bonded, and the pressure sensor B can be manufactured without the diaphragm 2 sticking to the inner surface of the glass substrate 3.

【0027】図4(a)(b)に示すものはそれぞれ、
本発明のさらに別な実施例である圧力センサCの分解斜
視図及び断面図である。圧力センサCはダイアフラム2
2が支持されたシリコン製のフレーム21の上面にガラ
ス基板23が重ねられその周辺部は陽極接合されてい
る。ダイアフラム22は、シリコンウエハをいずれか一
方の面からディープエッチングを施すことによりフレー
ム21と一体として作製されている。ガラス基板23の
内面には窪み24が形成され圧力室25となっており、
ガラス基板23内面には圧力室25の内周に沿って凹部
26が形成されている。また、ガラス基板23内面の凹
部26内周域にはダイアフラム22上面に形成された可
動電極27と対向して固定電極28が形成されており、
固定電極28はガラス基板23内面に設けられた接続配
線29とフレーム21上面に設けられた引出し配線30
が圧着されてフレーム21上面の電極パッド31に電気
的に接続されている。また、ガラス基板23の側面から
圧力室25にかけて圧力導入口32が配設されていて、
圧力室25内に基準圧力を導入することができる。しか
して、ダイアフラム22の下面に向けて測定圧力が導入
されると、導入された測定圧力(基準圧力との差圧)に
応じてダイアフラム22が撓み、可動電極27と固定電
極28との間の静電容量の大きさが変化する。なお、3
3は可動電極28と電気的に接続された別な電極パッド
である。
Those shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) are, respectively,
It is an exploded perspective view and sectional view of pressure sensor C which is another example of the present invention. The pressure sensor C is the diaphragm 2
The glass substrate 23 is superposed on the upper surface of the frame 21 made of silicon supporting 2 and the peripheral portion thereof is anodically bonded. The diaphragm 22 is manufactured integrally with the frame 21 by deep etching a silicon wafer from either surface. A depression 24 is formed on the inner surface of the glass substrate 23 to form a pressure chamber 25,
A recess 26 is formed on the inner surface of the glass substrate 23 along the inner circumference of the pressure chamber 25. Further, a fixed electrode 28 is formed in the inner peripheral area of the recess 26 on the inner surface of the glass substrate 23 so as to face the movable electrode 27 formed on the upper surface of the diaphragm 22.
The fixed electrode 28 includes a connection wire 29 provided on the inner surface of the glass substrate 23 and a lead wire 30 provided on the upper surface of the frame 21.
Are pressed and electrically connected to the electrode pads 31 on the upper surface of the frame 21. Further, a pressure introducing port 32 is provided from the side surface of the glass substrate 23 to the pressure chamber 25,
A reference pressure can be introduced into the pressure chamber 25. Then, when the measurement pressure is introduced toward the lower surface of the diaphragm 22, the diaphragm 22 bends in accordance with the introduced measurement pressure (differential pressure from the reference pressure), and the distance between the movable electrode 27 and the fixed electrode 28 is increased. The magnitude of the capacitance changes. 3
Reference numeral 3 is another electrode pad electrically connected to the movable electrode 28.

【0028】この圧力センサCにあっても固定電極28
の周縁部に凹部26が設けられているので、ダイアフラ
ム22の周縁部がガラス基板23に固着することなくフ
レーム21とガラス基板23とを陽極接合することがで
きる。
Even in this pressure sensor C, the fixed electrode 28
Since the concave portion 26 is provided at the peripheral edge of the frame 22, the frame 21 and the glass substrate 23 can be anodically bonded without the peripheral edge of the diaphragm 22 being fixed to the glass substrate 23.

【0029】本発明の圧力センサは、血圧計などに用い
ることができる。図5は本発明による血圧計の概略構成
図であって、血圧計Dは本発明による静電容量型圧力セ
ンサ41、カフ42、ポンプ43やCPUからなる制御
部44などから構成されている。カフ42と圧力センサ
41との間は導圧管45で接続されており、導圧管45
にはポンプ43が接続され、ポンプ43からカフ42に
空気を送ることができる。この血圧計Dで血圧を測定す
る場合にはまず、カフ42を被測定者の上腕部にまきつ
け、キーボードなどの入力部46から必要に応じて被測
定者の年齢や性別などを入力し、血圧計Dをスタートす
る。制御部44は入力部46からスタート信号を受信す
ると、制御弁48を閉成し、ポンプ43を起動させてカ
フ42に所定の圧力になるまで空気を送り出し、上腕部
を締め付ける。カフ42に印加された圧力は圧力センサ
41によって常に検知されており、一定の圧力になると
制御部44はポンプ43を停止する。次いで制御部44
は制御弁48を開き、徐々にカフ42内の空気を抜いて
減圧する。このとき、導圧管45を介して圧力センサ4
1に印加される圧力は、上腕部を流れる血流の圧力と相
まって周期的に変化しながら小さくなる。したがって、
導圧管45を介して圧力センサ41に印加される圧力の
変化を制御部44で検知することによって、最高血圧や
最低血圧並びに脈拍数を求めることができる。最低血圧
が求められたら制御部44は制御弁48を全開し、カフ
42内の空気を大気圧まで排出する。求められた最高血
圧や最低血圧などはディスプレイなどからなる出力部4
7に表示し、あるいは入力された年齢などを参考にし、
必要に応じて異常値であることなどの注意を促すことが
できる。
The pressure sensor of the present invention can be used in a blood pressure monitor or the like. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the sphygmomanometer according to the present invention. The sphygmomanometer D is composed of the electrostatic capacitance type pressure sensor 41, the cuff 42, the pump 43, the control unit 44 including a CPU, and the like. A pressure guiding tube 45 is connected between the cuff 42 and the pressure sensor 41.
A pump 43 is connected to the pump 43, and air can be sent from the pump 43 to the cuff 42. When measuring blood pressure with the sphygmomanometer D, first, the cuff 42 is wrapped around the upper arm of the measurement subject, and the age, sex, etc. of the measurement subject are input from the input unit 46 such as a keyboard, if necessary. Start total D. Upon receiving the start signal from the input unit 46, the control unit 44 closes the control valve 48, activates the pump 43, sends air to the cuff 42 until a predetermined pressure is reached, and tightens the upper arm portion. The pressure applied to the cuff 42 is always detected by the pressure sensor 41, and when the pressure reaches a certain level, the control unit 44 stops the pump 43. Next, the control unit 44
Opens the control valve 48 to gradually remove the air in the cuff 42 to reduce the pressure. At this time, the pressure sensor 4 is passed through the pressure guiding tube 45.
The pressure applied to No. 1 becomes small while changing periodically with the pressure of the blood flow flowing through the upper arm. Therefore,
The systolic blood pressure, the diastolic blood pressure, and the pulse rate can be obtained by detecting the change in the pressure applied to the pressure sensor 41 via the pressure guiding tube 45 by the control unit 44. When the minimum blood pressure is obtained, the control unit 44 fully opens the control valve 48 and discharges the air in the cuff 42 to the atmospheric pressure. The output unit 4 including a display displays the calculated maximum blood pressure and minimum blood pressure.
Displayed in 7 or referring to the entered age etc.,
It is possible to call attention such as an abnormal value if necessary.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明にあっては、ダイアフラムがガラ
ス基板に固着することなくダイアフラムを有するシリコ
ン基板と固定電極を有するガラス基板とを陽極接合する
ことができ、歩留りよく静電容量型圧力センサを作製す
ることができる。また、可動電極と固定電極との間のギ
ャップに例えゴミが侵入したとしても、侵入したゴミは
ダイアフラムとの距離が大きくなった領域内に落とし込
めるので、圧力センサの動作が妨げられない。したがっ
て、本発明による圧力センサを利用することにより、検
出感度がよく動作不良のない血圧計を安価に提供するこ
とができる。
According to the present invention, the silicon substrate having the diaphragm and the glass substrate having the fixed electrode can be anodically bonded to each other without the diaphragm being fixed to the glass substrate, and the capacitance type pressure sensor with good yield can be obtained. Can be produced. Further, even if dust enters in the gap between the movable electrode and the fixed electrode, the invaded dust can be dropped into a region where the distance from the diaphragm is increased, so that the operation of the pressure sensor is not hindered. Therefore, by using the pressure sensor according to the present invention, it is possible to inexpensively provide a sphygmomanometer with high detection sensitivity and no malfunction.

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

【図1】本発明の一実施例である静電容量型圧力センサ
を示す分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a capacitance type pressure sensor which is an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は同上の静電容量型圧力センサを示す平
面図、(b)はその断面図、(c)は同上の静電容量型
圧力センサのフレームを示す裏面図である。
2A is a plan view showing the same electrostatic pressure sensor, FIG. 2B is a sectional view thereof, and FIG. 2C is a back view showing the frame of the same electrostatic pressure sensor.

【図3】本発明の別な実施例である静電容量型圧力セン
サを示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a capacitance type pressure sensor which is another embodiment of the present invention.

【図4】(a)は本発明はさらに別な実施例である静電
容量型圧力センサを示す分解斜視図、(b)はその断面
図である。
FIG. 4A is an exploded perspective view showing a capacitance type pressure sensor according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a sectional view thereof.

【図5】本発明による血圧計を示す概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a sphygmomanometer according to the present invention.

【図6】従来例の静電容量型圧力センサ示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view showing a capacitance type pressure sensor of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン製のフレーム 2 ダイアフラム 3 ガラス基板 4 シリコン製の支持基板 8 凹部 9 固定電極 11 圧力導入口 12 窪み(圧力室) 1 Silicon Frame 2 Diaphragm 3 Glass Substrate 4 Silicon Support Substrate 8 Recess 9 Fixed Electrode 11 Pressure Inlet 12 Cavity (Pressure Chamber)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧力変化によって撓み量が変化するダイ
アフラムを設けたシリコン基板と、固定電極を設けたガ
ラス基板とを接合させてダイアフラムと固定電極とを対
向させ、ダイアフラムに形成された可動電極及び固定電
極間の静電容量から圧力を検出する静電容量型圧力セン
サにおいて、 前記ガラス基板の、ダイアフラムと対向する領域のうち
固定電極が存在する領域のダイアフラムとの距離が、固
定電極が存在しない領域のダイアフラムとの距離よりも
小さいことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
1. A silicon substrate provided with a diaphragm, the amount of flexing of which changes according to a pressure change, and a glass substrate provided with a fixed electrode are bonded to each other so that the diaphragm and the fixed electrode face each other, and a movable electrode formed on the diaphragm. In a capacitance-type pressure sensor that detects pressure from a capacitance between fixed electrodes, a distance between the glass substrate and a diaphragm in a region where the fixed electrode exists in a region facing the diaphragm is such that the fixed electrode does not exist. A capacitance type pressure sensor characterized in that the distance is smaller than the distance from the diaphragm in the region.
【請求項2】 圧力変化によって撓み量が変化するダイ
アフラムを設けたシリコン基板と、固定電極を設けたガ
ラス基板とを接合させてダイアフラムと固定電極とを対
向させ、ダイアフラムに形成された可動電極及び固定電
極間の静電容量から圧力を検出する静電容量型圧力セン
サにおいて、 前記ガラス基板の、ダイアフラムと対向する領域のうち
固定電極が存在しない領域を凹部としたことを特徴とす
る静電容量型圧力センサ。
2. A movable substrate formed on the diaphragm, wherein a silicon substrate provided with a diaphragm, the amount of bending of which changes with pressure change, and a glass substrate provided with a fixed electrode are bonded to each other so that the diaphragm and the fixed electrode face each other. In a capacitance type pressure sensor for detecting pressure from a capacitance between fixed electrodes, a capacitance is characterized in that a region where the fixed electrode does not exist in a region of the glass substrate facing the diaphragm is a recess. Type pressure sensor.
【請求項3】 圧力変化によって撓み量が変化するダイ
アフラムを設けたシリコン基板と、固定電極を設けたガ
ラス基板とを接合させてダイアフラムと固定電極とを対
向させ、ダイアフラムに形成された可動電極及び固定電
極間の静電容量から圧力を検出する静電容量型圧力セン
サにおいて、 前記ガラス基板の固定電極周囲に環状の凹部を設けたこ
とを特徴とする静電容量型圧力センサ。
3. A movable substrate formed on the diaphragm and a movable electrode formed on the diaphragm, wherein a silicon substrate provided with a diaphragm, the amount of flexing of which changes according to a pressure change, and a glass substrate provided with a fixed electrode are bonded to each other so that the diaphragm and the fixed electrode face each other. An electrostatic capacity type pressure sensor for detecting pressure from an electrostatic capacity between fixed electrodes, wherein an annular concave portion is provided around the fixed electrode of the glass substrate.
【請求項4】 圧力変化によって撓み量が変化するダイ
アフラムを設けたシリコン基板と、固定電極を設けたガ
ラス基板とを接合させてダイアフラムと固定電極とを対
向させ、ダイアフラムに形成された可動電極及び固定電
極間の静電容量から圧力を検出する静電容量型圧力セン
サにおいて、 前記ガラス基板に周囲よりも突出した凸部を設け、前記
凸部に固定電極を形成したことを特徴とする静電容量型
圧力センサ。
4. A movable substrate formed on the diaphragm, wherein a silicon substrate provided with a diaphragm, the amount of bending of which changes with pressure change, and a glass substrate provided with a fixed electrode are bonded to each other so that the diaphragm and the fixed electrode face each other. In a capacitance type pressure sensor for detecting pressure from a capacitance between fixed electrodes, a convex portion protruding from the surrounding is provided on the glass substrate, and a fixed electrode is formed on the convex portion. Capacitive pressure sensor.
【請求項5】 圧力感知用のダイアフラムを有するシリ
コン基板と、固定電極を有するガラス基板であって、固
定電極が存在する領域がその周囲よりも高くなっている
ガラス基板とを、ダイアフラムと固定電極とを対向させ
るようにして陽極接合することを特徴とする静電容量型
圧力センサの製造方法。
5. A diaphragm and a fixed electrode, wherein a silicon substrate having a diaphragm for pressure sensing and a glass substrate having a fixed electrode in which a region where the fixed electrode exists is higher than its surroundings are provided. And a method of manufacturing an electrostatic capacity type pressure sensor, characterized in that anodic bonding is performed so as to face each other.
【請求項6】 請求項1、2、3又は4に記載の静電容
量型圧力センサを備えたことを特徴とする血圧計。
6. A sphygmomanometer comprising the capacitance type pressure sensor according to claim 1, 2, 3, or 4.
JP6242070A 1994-09-08 1994-09-08 Capacitive pressure sensor and method for manufacturing it, and sphygmomanometer Pending JPH0875571A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009008438A (en) * 2007-06-26 2009-01-15 Dainippon Printing Co Ltd Angular velocity sensor and its manufacturing method
WO2019098001A1 (en) * 2017-11-15 2019-05-23 オムロン株式会社 Capacitance-type pressure sensor

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