壓力傳感器以及壓力檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用了氣體的粘性阻力的壓力傳感器以及具備壓力傳感器的壓力檢 測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，作為小型的壓力傳感器，公知有專利文獻(xiàn)1所記載的膜片式的壓力傳感器。 膜片式壓力傳感器將施加于膜片的表背兩面的壓力差檢測為膜片的變形，在施加有過大的 壓力的情況下，存在膜片損傷的問題。
[0003] 作為消除上述的膜片式壓力傳感器的缺點(diǎn)的壓力傳感器，提出利用了氣體的粘性 阻力的壓力傳感器(參照專利文獻(xiàn)2)。該壓力傳感器使可動梳齒相對于固定梳齒振動，并利 用梳齒之間的氣體的粘性阻力對壓力進(jìn)行檢測。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-47193號公報(bào) [0007] 專利文獻(xiàn)2:日本專利第4696244號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明所要解決的課題
[0009] 然而，在專利文獻(xiàn)2所記載的壓力傳感器中，作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)使用梳齒驅(qū)動機(jī)構(gòu)，但 除了驅(qū)動用的交流電壓之外，還需要使用直流電源對驅(qū)動電極與可動電極之間施加較高的 直流偏置電壓。因此，存在難以低功耗化的問題。另外，在梳齒驅(qū)動機(jī)構(gòu)中，由于在使可動梳 齒電極相對于固定梳齒電極插拔的方向進(jìn)行驅(qū)動，所以無法利用阻尼效果更高的壓膜阻 尼。因此，在專利文獻(xiàn)2所記載的壓力傳感器中，為了利用壓膜阻尼，而與梳齒驅(qū)動機(jī)構(gòu)區(qū)別 地設(shè)置產(chǎn)生壓膜阻尼的阻尼機(jī)構(gòu)，通過梳齒驅(qū)動機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行驅(qū)動。因此，存在壓力傳感器 本身大型化的缺點(diǎn)。
[0010]用于解決課題的方法
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的第一方式，壓力傳感器具備：固定部;環(huán)狀振子，其被多個(gè)支承梁支 承于固定部；多個(gè)電極，它們設(shè)置于固定部并在上述環(huán)狀振子的振動方向上與該環(huán)狀振子 隔開間隙地配置；以及駐極體薄膜，其形成于環(huán)狀振子以及電極的相互對置的面的任一方。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的第二方式，在第一方式的壓力傳感器的基礎(chǔ)上，優(yōu)選環(huán)狀振子的形 狀為圓環(huán)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的第三方式，在第一方式或第二方式的壓力傳感器的基礎(chǔ)上，優(yōu)選支 承梁對環(huán)狀振子的成為振動的節(jié)點(diǎn)的部分進(jìn)行支承，多個(gè)電極配置為與環(huán)狀振子的成為振 動的腹點(diǎn)的部分對置。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的第四方式，對于具備第一方式至第三方式中任一方式的壓力傳感器 的壓力檢測裝置而言，設(shè)置于壓力傳感器的多個(gè)電極具有兩個(gè)以上的驅(qū)動用電極和一個(gè)以 上的檢測用電極，上述壓力檢測裝置具備對驅(qū)動用電極施加交流電壓的電源以及對檢測用 電極產(chǎn)生的伴隨著環(huán)狀振子的振動的電壓信號進(jìn)行檢測并輸出基于該電壓信號的壓力信 息的壓力計(jì)算部。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的第五方式，在第四方式的壓力檢測裝置的基礎(chǔ)上，電源將預(yù)定的頻 率范圍的交流電壓施加于驅(qū)動用電極，壓力計(jì)算部將在共振狀態(tài)下檢測出的電壓信號的電 平與在非共振狀態(tài)下檢測出的電壓信號的電平的差輸出為壓力信息。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的第六方式，壓力檢測裝置具備:第一方式至第三方式中任一方式的 壓力傳感器；電源，其對多個(gè)電極施加交流電壓；以及壓力計(jì)算部，其對包括施加有交流電 壓的壓力傳感器的機(jī)電耦合系統(tǒng)的導(dǎo)納進(jìn)行檢測并輸出基于該檢測值的壓力信息。
[0017] 本發(fā)明的效果如下。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，與以往的粘性阻力式壓力傳感器相比，能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗化。
【附圖說明】
[0019] 圖1是表示本發(fā)明的壓力傳感器的一個(gè)實(shí)施方式的立體圖。
[0020] 圖2是壓力傳感器2的俯視圖。
[0021] 圖3是表示環(huán)形振子21與驅(qū)動電極22b的對置部分的剖視圖。
[0022 ]圖4是對環(huán)形振子21的振動進(jìn)行說明的圖。
[0023]圖5是對壓膜阻尼進(jìn)行說明的圖。
[0024]圖6是表示壓力檢測裝置的一個(gè)實(shí)施方式的框圖。
[0025]圖7是表示增益特性的圖。
[0026]圖8是表示增益差與壓力的關(guān)系的圖。
[0027]圖9是對壓力傳感器2的制造方法的第一工序進(jìn)行說明的圖。
[0028]圖10是對壓力傳感器2的制造方法的第二工序以及第三工序進(jìn)行說明的圖。
[0029]圖11是對壓力傳感器2的制造方法的第四工序以及第五工序進(jìn)行說明的圖。
[0030]圖12是對壓力傳感器2的制造方法的第六工序以及第七工序進(jìn)行說明的圖。
[0031] 圖13是對壓力傳感器2的制造方法的第八工序以及第九工序進(jìn)行說明的圖。
[0032] 圖14是對壓力傳感器2的制造方法的第十工序以及第十一工序進(jìn)行說明的圖。
[0033] 圖15是表示駐極體薄膜制造條件的一個(gè)例子的圖。
[0034]圖16是表示采用了導(dǎo)納檢測方式的情況下的壓力檢測裝置101的圖。
[0035] 圖17是表示采用了導(dǎo)納檢測方式的情況下的壓力傳感器102的結(jié)構(gòu)的圖。
[0036] 圖18是表示環(huán)形振子的其他的例子的圖。
[0037]圖19是表示壓力傳感器103的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1、圖2是表示本發(fā)明的壓力傳感 器的一個(gè)實(shí)施方式的圖。圖1是壓力傳感器的立體圖，圖2是俯視圖。如后所述，壓力傳感器2 形成為使用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微機(jī)電系統(tǒng)）制造技術(shù)。
[0039] 壓力傳感器2具備基體20、環(huán)形振子21、驅(qū)動電極22a、22b以及檢測電極23a、23b。 在基體20形成有圓形的貫通孔24。圓環(huán)狀的環(huán)形振子21配置于貫通孔24上，被四個(gè)橫梁210 固定于基體20。在各橫梁210形成有用于連接布線的焊盤211。
[0040]在環(huán)形振子21的外周側(cè)隔著間隙G以與環(huán)形振子21的外周側(cè)面對置的方式配置有 驅(qū)動電極22a、22b以及檢測電極23a、23b。驅(qū)動電極22a、22b以將環(huán)形振子21夾持于之間的 配置形成于基體20上。驅(qū)動電極22a、22b的側(cè)面隔著間隙G與環(huán)形振子21的側(cè)面對置。在各 驅(qū)動電極22a、22b形成有用于連接布線的焊盤221、222。
[0041] 相同地，檢測電極23a、23b以將環(huán)形振子21夾持于之間的配置形成于基體20上，它 們的側(cè)面隔著間隙G與環(huán)形振子21的側(cè)面分別對置。在檢測電極23a、23b形成有用于連接布 線的焊盤231、232。驅(qū)動電極22 &、2213與檢測電極23&、2313成為繞環(huán)形振子21的中心偏移角 度90度的配置。
[0042] 在本實(shí)施方式的壓力傳感器2中，在電極22&、2213、23&、2313的側(cè)面(8卩，與環(huán)形振子 21對置的面)形成有駐極體薄膜。圖3是圖2的標(biāo)注附圖標(biāo)記B的部分的剖視圖，即，環(huán)形振子 21與驅(qū)動電極22b的對置部分的剖視圖。
[0043]如后所述，在由Si形成的環(huán)形振子21以及驅(qū)動電極22b的表面形成有含有鉀離子 的Si〇2膜200,進(jìn)一步實(shí)施B-T處理(Bias Temperature procedure)，由此能夠使電極側(cè)的 SiO2膜200(由點(diǎn)劃線200e表示的區(qū)域)駐極體化。在被駐極體化的SiO2膜200中，在與環(huán)形振 子21對置的面分布有鉀離子201。以下，將該被駐極體化的SiO 2膜200稱為駐極體薄膜200e。 另一方面，在環(huán)形振子21的側(cè)面通過駐極體薄膜200e的電場而感應(yīng)有負(fù)電荷。
[0044]例如，在將間隙G的尺寸設(shè)定為2μπι時(shí)，通過駐極體薄膜200e能夠獲得約I X 108V/m 的電場強(qiáng)度。即，在環(huán)形振子21與電極22&、221^、23&am