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公開番号2024059734
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-01
出願番号2024022660,2019203660
出願日2024-02-19,2019-11-11
発明の名称差圧センサデバイス
出願人ティーイーコネクティビティソリューソンズゲーエムベーハー
代理人個人,個人,個人
主分類G01L 13/00 20060101AFI20240423BHJP(測定;試験)
要約【課題】大気圧をより確実に蓄積および維持できる差圧センサデバイスを提供する。
【解決手段】この差圧センサデバイスは、基板と、基板の主面上に形成されている別層と、膜によって互いに分離されている第1のキャビティおよび第2のキャビティと、を備える。第1のキャビティは、通気孔と流体連通しているチャネルと流体連通しており、この通気孔を通して、センサデバイスの周囲環境から空気が進入できる。チャネルは、基板内で、主面と実質的に平行な平面内に延在する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
差圧センサデバイス（２００）であって、
前記差圧センサデバイス（２００）は、
- 基板（２１０）と、
- 前記基板（２１０）の主面上に形成されている別層（２０４、４０５）と、
- 膜（Ｍ）によって互いに分離されている第１のキャビティ（Ｃ
１
）および第２のキャビティ（Ｃ
２
）とを備え、
前記第１のキャビティ（Ｃ
１
）は、通気孔（２０８、４０６）と流体連通しているチャネル（２０９、４０７）と流体連通しており、
前記チャネル（２０９、４０７）は、前記基板（２１０）における、前記基板（２１０）の前記主面と実質的に平行な平面内に延在するとともに、
前記通気孔（２０８、４０６）は、前記第１のキャビティ（Ｃ
１
）内に大気圧または規準圧力を蓄積できるように、前記差圧センサデバイス（２００）の周囲環境と流体連通するように構成されており、
前記第２のキャビティ（Ｃ
２
）は前記膜（Ｍ）の上方に位置しており、前記第２のキャビティ（Ｃ
２
）は前記第１のキャビティ（Ｃ
１
）内に蓄積される前記大気圧または規準圧力と対比して圧力が測定されることになる試験媒体を収容するために設けられている、
ことを特徴とする、
差圧センサデバイス（２００）。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
- 前記第２のキャビティと流体連通している別のチャネルと、
- 試験媒体のリザーバと、を更に備える、
請求項１に記載の差圧センサデバイス（２００）。
【請求項３】
前記基板（２１０）の前記主面の反対側にある前記基板（２１０）の別の主面に接着されたプリント回路板を更に備える、
請求項１または２に記載の差圧センサデバイス（２００）。
【請求項４】
特定用途向け集積回路ＡＳＩＣ（２０６）、および／または、微小電気機械システムＭＥＭＳ（２０５）もしくは別の感圧素子を更に備え、
前記ＭＥＭＳ（２０５）は、前記膜（Ｍ）が感知した圧力変動を示す電気信号を前記ＡＳＩＣ（２０６）に出力するように構成されており、
前記ＡＳＩＣ（２０６）は、前記電気信号を、増幅および／またはアナログ－デジタル変換および／またはノイズフィルタリングによって処理するように構成されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の差圧センサデバイス（２００）。
【請求項５】
前記膜（Ｍ）の表面上に複数の抵抗器、または複数のピエゾ抵抗素子が形成されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の差圧センサデバイス（２００）。
【請求項６】
前記通気孔（２０８、４０６）は、前記第１のキャビティ（Ｃ
１
）内に前記大気圧を蓄積できるように、前記差圧センサデバイス（２００）の周囲環境と流体連通している、
請求項１から５のいずれか一項に記載の差圧センサデバイス（２００）。
【請求項７】
前記基板（２１０）は複数の下位層を備える多層基板であり、
前記チャネル（２０９、４０７）は前記複数の下位層のうちの１つに形成されている、
請求項１から６のいずれか一項に記載の差圧センサデバイス（２００）。
【請求項８】
差圧センサデバイス（２００）を製造する方法であって、
前記方法は、
- 基板（２１０）を形成するステップと、
- 前記基板（２１０）の主面上に別層（２０４、４０５）を形成するステップと、
- 前記基板（２１０）における、前記基板（２１０）の前記主面と平行な平面内に、チャネル（２０９、４０７）を、前記チャネル（２０９、４０７）が前記基板（２１０）の、前記基板（２１０）の前記主面に対して垂直に向く短面に通気孔（２０８、４０６）を形成するように、形成するステップと、
- 前記別層（２０４、４０５）を貫通し前記チャネル（２０９、４０７）に接続している貫通通路を形成するステップと、
前記別層（２０４、４０５）の上に膜（Ｍ）を形成することによって前記別層（２０４、４０５）の上に第１のキャビティ（Ｃ
１
）を形成するステップとを含み、
前記貫通通路は前記第１のキャビティ（Ｃ
１
）につながるように形成されており、
前記通気孔（２０８、４０６）は、前記第１のキャビティ（Ｃ
１
）内に大気圧または規準圧力を蓄積できるように、前記差圧センサデバイス（２００）の周囲環境と流体連通するように構成されており、
前記膜（Ｍ）の上方に、第２のキャビティ（Ｃ
２
）を部分的に形成するハウジングを提供するステップをさらに含み、前記第２のキャビティ（Ｃ
２
）は、前記第１のキャビティ（Ｃ
１
）内に蓄積される前記大気圧または規準圧力と対比して圧力が測定されることになる試験媒体を収容するために設けられている、
差圧センサデバイス（２００）を製造する方法。
【請求項９】
前記差圧センサデバイス（２００）は、ゲージ圧センサデバイスである、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記チャネル（２０９、４０７）は前記基板（２１０）に形成されており、
前記通気孔（２０８、４０６）は前記基板（２１０）の前記短面に形成されており、
前記基板（２１０）の形成は、
- 第１の基板下位層（４０１）を形成することと、
- 前記第１の基板下位層（４０１）の上に、犠牲材料を部分的に含む第２の基板下位層（４０３）または第２の基板下位層に隣接している犠牲材料を含む犠牲層のいずれかを形成することと、
- 前記犠牲材料を部分的に含む前記第２の基板下位層（４０３）上にまたは前記犠牲材料を含む前記犠牲層および前記隣接している第２の基板下位層の両方上に、第３の基板下位層（４０４）を形成することとを含み、
前記基板（２１０）への前記チャネル（２０９、４０７）の形成は、前記第３の基板下位層（４０４）の形成後に前記犠牲材料を除去することを含む、
請求項８または９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は差圧センサデバイスに関し、詳細には、チャネルを備える基板および別層（another layer）を備える差圧センサデバイスに関し、本発明は更に、かかるデバイスを製造する方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
差圧センサは、２種の隔離された液体間または気体間の圧力の差を測定する。差圧センサ（またはトランスデューサ）は液体または気体の圧力の差を電気信号に変換するもので、この信号を測定して差圧値を決定することができる。一般に、ピエゾ抵抗式、圧電式、および容量式など、圧力を測定するために使用される３つの異なる変換機構がある。センサの圧力感知デバイスは、一般に、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）の技法によって製造される。この技術を、エッチング技法および接着技法とともに民生用半導体を製造するために使用し、差圧を電気信号に変換する非常に小型の安価なデバイスを製作する。
【０００３】
従来、容量式または抵抗式の差圧センサを製造するときには、シリコンなどの半導体材料から圧力感知ダイが形成される。ダイはシリコン構造が得られるようにシリコンウエハからダイシングなどの方法によって形成され、このシリコン構造を薄化することでキャビティが作り出され、関連するダイヤフラムが画定される。ピエゾ抵抗式の場合、素子はダイヤフラムの表面に形成または設置され、ダイヤフラムを形成する薄化された半導体材料にかかるひずみに比例した抵抗を呈するように構成される。ピエゾ抵抗素子に接続された電気回路（典型的にはホイートストンブリッジのネットワークを形成する）が、ピエゾ抵抗素子の抵抗値に一部基づいて、電気信号を生み出す。したがって、電気信号は、試験下の媒体の圧力を表している
【０００４】
ゲージ型圧力センサとも呼ばれる特定の分類の差圧センサでは、ダイヤフラム（膜）の一方側に測定する必要がある加圧された液体または気体タイプの媒体が供給され、一方、膜の他方側は大気に開放されている。この場合、試験媒体の圧力は大気圧と対比して測定される。大気への接続部は一般に、通気（ｖｅｎｔまたはｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）孔と呼ばれる。センサが有する通気孔はセンサが大気圧を感知できるようにするためのものなので、この通気孔は常に塞がれていない状態に保たれなければならない。
【０００５】
図１は、当技術分野で知られているような通気孔を有する差圧センサ１０の例を示す。図１に示すように、センサ１０は基板１とハウジング２とを有する。表面実装部品（ＳＭＤ：ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔｅｄＤｅｖｉｃｅ）であるコンタクトパッド３が、実装ＰＣＢに接触するように基板１の底部に設けられる。基板１上には、表面に導電性パターンを設けることのできる別層（例えば誘電層）４が形成されている。誘電層４の上に、微小電気機械システム５と、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）６と、が形成されている。感知膜は、ＭＥＭＳの頂面上にまたはＭＥＭＳの頂面によって形成されている。ハウジング２内にはゲル保護材７が水平に配置されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上部から進入する流体（液体または気体）の圧力（下を指す幅広の矢印を参照）を、通気孔８を通る空気流（上を指す細い矢印を参照）によって蓄積された大気圧と対比させて測定することができ、この通気孔８は、基板１の底面を貫通して形成されており（かつコンタクトパッド３間に配置されており）、通気孔８から基板１および誘電層４を貫通して大気圧が蓄積されるキャビティまで延在するチャネルに接続されている。しかしながら、センサ１０をプリント回路板（ＰＣＢ）に装着して動作可能なデバイスの製造を完了するときに、通気孔が詰まるリスクがある。更に、ＰＣＢに、周囲環境およびセンサ１０の通気孔と連通している対応する貫通孔を設ける必要がある。ＰＣＢに形成されるこの貫通孔は、例えばはんだまたは何らかの共形のコーティングによって、意図せず塞がれてしまう可能性もある。
【０００７】
上記に鑑みて、大気圧を上記の技術と比較してより確実に蓄積および維持できる差圧センサデバイスを提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板（例えば、多層またはバルクセラミック基板）と、基板の主（頂）面上に形成されている別層と、膜によって互いに分離されている第１のキャビティおよび第２のキャビティと、を備える、差圧（例えばゲージ圧）センサデバイスを提供することによって、上述した問題に対処する。基板は例えば、何らかの半導体基板、または高温もしくは低温同時焼成セラミックとすることができる。また、この用語には一般にプリント回路板も包含されている。別層は誘電層とすることができ、また基板と同じ材料から形成された層とすることもできる。第１のキャビティは、通気孔と流体（液体または気体）連通している少なくとも１つのチャネルと流体連通しており、この通気孔を通して、センサデバイスの周囲環境から（何らかの規準圧力リザーバまたは大気圧の空気から）空気（または別の気体）が進入できる。
【０００９】
少なくとも１つのチャネルは、別層または基板における、主面と実質的に平行な平面内に延在する。少なくとも１つのチャネルはまた、基板およびまたは別層の頂面まで達してもよい。特に、基板は複数の下位層を備える多層基板とすることができ、少なくとも１つのチャネルはこの場合、基板の複数の下位層のうちの１つに形成されていてもよい。特に、別層、例えば誘電層は、複数の下位層を備える多層の層とすることができ、少なくとも１つのチャネルはこの場合、別層の複数の下位層のうちの１つに形成されていてもよい。
【００１０】
通気孔およびチャネルを提供することにより、例えば、第１のキャビティ内に大気圧を蓄積および維持することができる。このことにより、リザーバから別のチャネルを通して第２のキャビティ内へと供給される試験媒体の圧力を、大気圧と対比させて測定することが可能になる。ここでおよび以下の説明において、大気圧を制限する必要はないことに留意すべきである。実際には、大気圧を対応する規準圧力リザーバによって供給される任意の基準圧力で置き換えることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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