特開 2024-59734 差圧センサデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024059734

(43)【公開日】2024-05-01

(54)【発明の名称】差圧センサデバイス

(51)【国際特許分類】

   G01L 13/00 20060101AFI20240423BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

G01L13/00 A

H01L29/84 A

H01L29/84 B

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024022660

(22)【出願日】2024-02-19

(62)【分割の表示】P 2019203660の分割

【原出願日】2019-11-11

(31)【優先権主張番号】18206582.1

(32)【優先日】2018-11-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】518345815

【氏名又は名称】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

(74)【代理人】

【識別番号】100100077

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 充

(74)【代理人】

【識別番号】100136010

【弁理士】

【氏名又は名称】堀川 美夕紀

(74)【代理人】

【識別番号】100203046

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 聖子

(72)【発明者】

【氏名】ブルネ，イスマエル

(72)【発明者】

【氏名】アルノルト，トーマス

(72)【発明者】

【氏名】ドゥリヤカ，プレトラーク

(72)【発明者】

【氏名】ル・ニール，ジャン フランソワ

(72)【発明者】

【氏名】ビロッド，ジャン・リュック

(57)【要約】      （修正有）

【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）。

【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】

前記基板（２１０）の前記主面の反対側にある前記基板（２１０）の別の主面にコンタクトパッドを形成することと、
プリント回路板を他の主要部表面に接着することと、
前記別層（２０４、４０５）の上に、特定用途向け集積回路ＡＳＩＣ、および、微小電気機械システムＭＥＭＳ、を形成することと
を更に含む、
請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

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を形成することを更に含む、
請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法によって得ることのできる、
差圧センサデバイス（２００）。

【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。

【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－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）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：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）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：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）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】

圧力差は膜によって感知される。膜の表面上に、ホイートストンブリッジのネットワークを形成し得る抵抗器、例えばピエゾ抵抗素子が形成されていてもよい。各々の抵抗器は、適用されるひずみの変化とともに変動する抵抗を有する。差圧センサデバイスは、膜によって感知される圧力変動を示す電気信号を生成するためのＭＥＭＳと、電気信号を更に処理するためのＡＳＩＣと、を更に備えてもよく、これらＡＳＩＣおよびＭＥＭＳは基板の主面の上に形成される。

【0012】

上記の技術とは対照的に、第１のキャビティを通気孔を介して（例えば大気圧にある）周囲環境と接続するチャネルが、主面と平行な平面に形成されるが、このことは、基板の（主（頂）面の反対側の）底面には通気孔が形成されていないことを暗に示す。このことにより、上記の技術と比較して通気孔が詰まるリスクが大きく減少する。実際には、基板の装着面、すなわち底面からの通気孔の距離は、基板および別層の、主面に対して垂直な方向である積層の厚さ（垂直）方向に沿って任意に選択することができ、この距離は、基板を装着可能な実装ＰＣＢの何らかの共形のコーティングによる詰まりを防止するのに十分な高さを有するように選択することができる。実装ＰＣＢに通気用の孔に対応する貫通孔を形成する必要はない。このことにより、回路板の他方側の設置面積が小さくなるので、スペースが節約される。

【0013】

上述した問題はまた、差圧（ゲージ圧）センサデバイスを製造する方法であって、以下のステップ、すなわち：
（例えば、セラミック材料またはＰＣＢから製作されるかまたはそれを含む）基板を形成するステップと、
基板の主（頂）面上に、（例えば、誘電性材料からまたは基板と同じ材料から形成可能な）別層を形成するステップと、
別層または基板における基板の主面と平行な平面内に、少なくとも１つのチャネルを、このチャネルが、基板の主面に対して垂直に向く、別層または基板の（主面に対して垂直に向く）短面に通気孔を形成するように形成するステップと、
（例えば、主面に対して垂直な平面内に）別層を貫通してチャネルに接続している貫通通路を形成するステップと、を含む方法によっても解決される。貫通通路はまたキャビティにも接続しており、この中には何らかの規準圧力を蓄積する必要がある。

【0014】

別層および基板の上にセンサセルを形成することができる。センサセルは、規準圧力を提供するための第１のキャビティを備える。したがって、上述した方法は、別層の上に膜を形成することによって別層の上に第１のキャビティを形成することを含んでもよく、この場合、貫通通路は、通気孔（および少なくとも１つのチャネル）を通した規準圧力（例えば、大気圧）の蓄積を可能にする目的で、第１のキャビティに接続するように形成されている。複数の抵抗器、特に複数のピエゾ抵抗素子が、抵抗式差圧センサデバイスを製造する目的で、膜の表面上に形成されている。

【0015】

通気孔が別層に形成される場合、この別層の形成は、・基板（単層または多層基板）上に第１の下位誘電層を形成することと、・第１の下位誘電層上に、犠牲材料を部分的に含む第２の下位誘電層を形成することまたは犠牲材料で製作されている犠牲層を第２の下位誘電層に隣接させて形成することと、・犠牲材料を部分的に含む第２の下位誘電層上にまたは犠牲材料で製作されている犠牲層および隣接している第２の下位誘電層の両方上に、第３の下位誘電層を形成することと、を含んでもよい。この場合、チャネルの形成は、例えば第３の下位誘電層の形成後にアニール処理を実行することによって、犠牲材料を除去することを含む。

【0016】

通気孔が基板に形成される場合、この基板の形成は、基板（単層または多層基板）上に第１の基板下位層を形成することと、第１の基板下位層上に、犠牲材料を部分的に含む第２の基板下位層を形成することまたは犠牲材料で製作されている犠牲層を第２の基板下位層に隣接させて形成することと、犠牲材料を部分的に含む第２の基板下位層上にまたは犠牲材料で製作されている犠牲層および隣接している第２の基板下位層の両方上に、第３の基板下位層を形成することと、を含んでもよい。この場合、チャネルの形成は、例えば第３の基板下位層の形成後にアニール処理を実行することによって、犠牲材料を除去することを含む。

【0017】

別法として、基板または別層に、犠牲材料を形成せずに、レーザエッチング、化学エッチング、ソーイングなどによって、チャネルまたは複数のチャネルが形成される。

【0018】

実施形態によれば、別層の上にＭＥＭＳまたは別の感圧素子とＡＳＩＣと膜とが形成されており、膜の下方（別層への方向）に上述した第１のキャビティを、および膜の上方に第２のキャビティを、部分的に形成し得るハウジングが提供され、この場合、第２のキャビティは、第１のキャビティ内に蓄積した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る。更に、主（頂）面の反対側にある基板の別の主（底）面にプリント回路板を接着することができ、これには適切なコンタクトパッドを設けることができる。

【0019】

本発明の追加の特徴および利点について、図面を参照して説明する。この説明では、本発明の好ましい実施形態を図示することが意図されている添付の図を参照する。かかる実施形態は本発明の全範囲を表してはいないことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】従来技術の例に係る差圧センサデバイスの概略図である。

【図2】本発明の実施形態に係る、別層に１つまたは複数のチャネルが形成されている差圧センサデバイスの図である。

【図3】本発明の別の実施形態に係る、基板に１つまたは複数のチャネルが形成されている差圧センサデバイスの図である。

【図4】通気孔が別層に形成されている、差圧センサデバイスを製造するステップの図である。

【図5】通気孔が基板に形成されている、差圧センサデバイスを製造するステップの図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明は差圧センサデバイス、例えば、試験媒体の圧力が何らかの規準圧力と対比して、例えば大気圧と対比して測定される差圧センサデバイス（ゲージ圧センサデバイス）を提供する。本発明の差圧センサデバイス１００の実施形態が図２に示されている。差圧センサデバイス１００は基板１１０とハウジング１０２とを備える。

【0022】

基板１１０はセラミック材料、特に導電性セラミック材料から製作されていてもよい。（例えばイットリウムおよび／もしくはサマリウムおよび／もしくはスカンジウムでドープされた）ドープ酸化ジルコニウム、ならびに／または、（例えばガドリニウムおよび／もしくはスカンジウムでドープされた）ドープ酸化セリウム（ｄｏｐｅｄ ｃｅｒｏｘｉｄｅ）が、セラミック材料の例である。他の材料、特に銅、コバルト、および／もしくは他の遷移金属、ならびに／または合金が含有されてもよい。

【0023】

ハウジング１０２は、シリコンまたは他の半導体材料、ガラス、金属、プラスチック、セラミック、ならびに他の好適な材料などの材料から製作されてもよい。ハウジング１０２の上面および基板１１０の下面に、例えばＯリングシールを使用して、シールが形成されてもよい。ハウジング１０２を、何らかの接着剤、はんだ、またはガラスフリットを介して、基板１１０に取り付けてもよい。

【0024】

別層１０４は、基板１１０の（図２において水平方向に向く）上部の主面上に形成されている。別層１０４は例えば、誘電性材料、例えば何らかの酸化物材料から製作されても、それを含んでもよい。基板１１０の主底面上に、実装ＰＣＢへの電気的接触のためのコンタクトパッド１０３が形成されている。

【0025】

ハウジング１０２内の、基板１１０の上部の主面および誘電層１０４の上方に、ＭＥＭＳ１０５およびＡＳＩＣ１０６が設けられている。ＭＥＭＳの頂面上にまたはＭＥＭＳの頂面によって、感知膜が形成されている。ハウジング１０２内にはゲル保護材１０７が更に設けられて、２つのキャビティを互いに分離している。例えば、測定される媒体に接触する可撓性の膜は、ステンレス鋼を含んでもよい。可撓性の膜は、結果として得られる媒体の正味の圧力差により可撓性の膜の表面に力が及ぼされると屈曲するように構成されている。膜の表面上に、ホイートストンブリッジのネットワークを形成し得る抵抗器Ｒ、例えばピエゾ抵抗素子が形成されていてもよい。

【0026】

膜の第１の表面に第１の圧力を適用し、同時に第１の表面の反対側の膜の第２の表面に第２の圧力を適用することによって、膜は第１の表面および第２の表面に適用される圧力の間の圧力差を表す力を受けることになる。ピエゾ抵抗素子は、膜に適用されるこの正味の圧力差を表す抵抗を示すことになる。ＭＥＭＳ１０５は、膜（の抵抗器）が感知した圧力変動を示す電気信号を、ＭＥＭＳのＡＳＩＣ１０６に出力する。ＡＳＩＣ１０６は、所望に応じてアナログ－デジタル変換および／または増幅、ノイズフィルタリングなどを行うように電気信号を処理してもよい。ハウジング１０２は、圧力測定中の強作用性の媒体が感知膜およびＡＳＩＣ１０６およびＭＥＭＳ１０５と接触するのを防止する、オイルを充填された隔離された容積などの、他の圧力センサ構成要素を含んでもよい。何らかの適切なコーティングによって保護を提供することもできる。

【0027】

通気孔１０８が別層１０４に形成されており、図２において水平に延在する１つのチャネルまたは複数のチャネル１０９によって入口１２０に接続されている。チャネル１０９は、誘電層１０４における、誘電層１０４が表面に形成されている基板１１０の上部の主面と実質的に平行な平面内に形成されている。チャネル１０９は、通気孔１０８および入口１２０と流体連通している。このことにより、通気孔１０８が自然の環境への入口を表している場合、一部が膜で構築されているキャビティのうちの下側のキャビティの中に、大気圧を蓄積および維持することができる（図２の矢印を参照）。別法として、大気圧とは異なる任意の規準圧力を提供する任意のリザーバを、通気孔１０８に接続することができる。

【0028】

図３は、本発明の差圧センサデバイス２００の代替の実施形態を示す。差圧センサデバイス２００は、少なくとも３つの下位層２１１、２１２、および２１３を含む多層基板２１０と、ハウジング２０２と、を備える。多層基板２１０上には別層２０４（例えば誘電層）が形成されている。ハウジング２０２には、ＭＥＭＳ２０５と、ＡＳＩＣ２０６と、ゲル保護材２０７と、が収容されている。様々な構成要素の材料は、図２に示す実施形態の説明の文脈において上述したものと同様に選択することができる。ホイートストンブリッジ（Wheatstone bridges）のネットワークを形成し得る抵抗器Ｒ、例えばピエゾ抵抗素子が、ＭＥＭＳ２０５の頂面上にまたはこの頂面によって形成されている、膜Ｍの表面上に形成されていてもよい。膜Ｍは、第１のキャビティＣ_１を第２のキャビティＣ_２から分離している。
第２のキャビティＣ_２内に試験（測定）媒体を導入することができ、試験媒体の圧力は、第１のキャビティＣ_１内に導入される規準媒体の圧力と対比して測定することができる。規準媒体は大気圧を有する空気であってもよい。

【0029】

図２に示す実施形態とは異なり、基板２１０の下位層２１１、２１２、２１３のうちの１つまたは複数における、基板２１０の上部の主面と平行な平面内に、１つまたは複数のチャネル２０９が形成されており、このチャネル２０９は入口２２０に接続されている。更に、チャネル２０９は、基板２１０の（主面に対して垂直に向く）短面に形成されている、通気孔２０８に接続されている。通気孔２０８が自然の環境へと導かれている場合、第１のキャビティＣ_１内に大気圧を蓄積および維持することができる。

【0030】

上記した実施形態では、通気孔と、通気孔に接続され基板の上部の主面と平行に延在する１つまたは複数のチャネルと、が、通気孔の詰まりのリスクを回避または少なくとも低減するように設けられている。以下では、差圧センサデバイス、例えば図２および図３にそれぞれ示す差圧センサデバイス１００および差圧センサデバイス２００の一方を製造するための例示的な手順を、図４および図５を参照して記載する。

【0031】

本発明の実施形態に係る差圧センサデバイスは、基板と、基板上に形成されている別層と、を備える。差圧センサデバイスの動作構成要素は、基板および誘電層の上に形成されている。以下の説明では、例示の目的で、別層が誘電層であると想定している。図４には、基板と基板上に形成されている誘電層とを備える多層積層体の形成が示されており、この場合、誘電層に規準圧力を提供するための通気孔が形成されている。図５には、基板と基板上に形成されている別層とを備える多層積層体の形成が示されており、この場合、基板に規準圧力を提供するための通気孔が形成されている。

【0032】

図４に示す実施形態では、基板３０１が提供される（図４の一番上の列を参照）。基板３０１はセラミック材料、特に導電性セラミック材料を含んでも、これから成っていてもよい。（例えばイットリウムおよび／もしくはサマリウムおよび／もしくはスカンジウムでドープされた）ドープ酸化ジルコニウム、ならびに／または、（例えばガドリニウムおよび／もしくはスカンジウムでドープされた）ドープ酸化セリウムが、セラミック材料の例である。他の材料、特に銅、コバルト、および／もしくは他の遷移金属、ならびに／または合金が含有されてもよい。基板３０１は、バルク基板または多層基板の形態で提供されてもよい。

【0033】

図４の上から２番目の列に示す製造ステップにおいて、基板３０１上に誘電層３０２が形成される。誘電層３０２は何らかの酸化物層であってもよい。図４の上から３番目の列に示すように、誘電層３０２上に部分的な犠牲層３０３が形成される。部分的な犠牲層３０３は、更なる処置の間に除去されることになる、犠牲材料３０３ａの部分（図４において点で示す）を備える。特に、部分的な犠牲層３０３は、除去されることになる材料を含み、多層積層体の縁部（図４に示す構成では左側）まで延在する。犠牲材料は、適切なドーピングまたは堆積パラメータの適合によって形成されてもよい。実施形態によれば、部分的な犠牲層３０３を形成することは、誘電層３０２上に犠牲材料の層３０３ａを形成することと、誘電層３０２上にこの層３０３ａに隣接させて誘電性材料の別層３０３ｂを形成することと、を含む。

【0034】

続いて、部分的な犠牲層３０３上に別の誘電層３０４が形成される（図４の最後から２番目の列を参照）。更に、この別の誘電層３０４の表面上にまたは上方に層が形成されてもよい。

【0035】

全製造工程のうちの何らかの段階で、部分的な犠牲層３０３の犠牲材料が除去される（図４の最後の列を参照）。例えば、犠牲材料の除去は、何らかの加熱処置／（短時間の）アニーリング処置３２０によって達成できる。犠牲材料は、（例えば、セラミック製の）基板３０１の硬化中に除去されてもよい。部分的な犠牲層３０３ａの犠牲材料の除去によって、通気孔３０５およびチャネル３０６が形成される。下位誘電層のうちのいずれか（および特に２つ以上）が犠牲材料を備えてもよいことは言うまでもない。

【0036】

犠牲材料を適切に選択することによって１つまたは複数のチャネルを形成できることが留意される。全製造工程のうち後の段階では、上に重なっている層を貫通して（例えば誘電層３０４を貫通して）１つまたは複数のチャネル３０６まで、貫通通路３０７が形成される。ここでおよび以下で使用される用語に関して、チャネルへと接続する貫通通路３０７はまた、通気孔（ここでは通気孔３０５）に接続されるチャネルの一部であると見なすこともできる。貫通通路、チャネル３０６、および通気孔３０５によって、圧力センサデバイスのキャビティ内に規準圧力を蓄積することができ、この場合、提供される圧力と対比させて、試験媒体の圧力を決定することができる。

【0037】

続いて、誘電層３０４上に差圧センサデバイスの他の構成要素が形成される（図２を参照）。

【0038】

図５は代替の製造工程のステップを示す。基板の第１の層４０１が提供される（図５の一番上の列を参照）。基板はセラミック材料、特に導電性セラミック材料を含んでも、これから成っていてもよい。（例えばイットリウムおよび／もしくはサマリウムおよび／もしくはスカンジウムでドープされた）ドープ酸化ジルコニウム、ならびに／または、（例えばガドリニウムおよび／もしくはスカンジウムでドープされた）ドープ酸化セリウムが、セラミック材料の例である。他の材料、特に銅、コバルト、および／もしくは他の遷移金属、ならびに／または合金が含有されてもよい。基板は多層基板の形態で提供される。

【0039】

図５の上から２番目の列に示されている製造段階において、第１の層４０１上に、基板の第２の層４０２が形成される。続いて、層４０２上に別層４０３が形成される（図５の上から３番目の列を参照）。部分的な犠牲層４０３は、図５において点で示されている、例えばドーピングによって形成される犠牲材料を含む。実施形態によれば、層４０３を形成することは、層４０２上に犠牲材料の層４０３ａを形成することと、誘電層４０２上にこの層４０３ａに隣接させて基板材料の別層４０３ｂを形成することと、を含む。基板の犠牲材料は、全製造工程のうちの後の段階で除去されることになる。

【0040】

更に進んだ製造段階では、犠牲材料を含む層４０３上に、基板の別層４０４が形成される（図５の上から４番目の列を参照）。続いて、層４０４上に誘電層４０５が形成される。誘電層４０５は単層または多層の層であってもよい。

【0041】

全製造工程のうちの何らかの段階で、部分的な犠牲層４０３の犠牲材料が除去される（図５の最後の列を参照）。例えば、犠牲材料の除去は、何らかの加熱処置／（短時間の）アニーリング処置によって達成できる。犠牲材料は、（例えば、セラミック製の）基板の硬化中に除去されてもよい。部分的な犠牲層４０３ａの犠牲材料の除去によって、通気孔４０６およびチャネル４０７が形成される。基板の下位層のうちのいずれか（および特に２つ以上）が犠牲材料を備えてもよいことは言うまでもない。

【0042】

犠牲材料を適切に選択することによって１つまたは複数のチャネルを形成できることが留意される。全製造工程のうち後の段階では、誘電層４０５および層４０４を貫通して１つまたは複数のチャネル４０７まで、貫通通路４０８が形成される。貫通通路４０８、チャネル４０７、および通気孔４０６によって、圧力センサデバイスのキャビティ内に規準圧力を蓄積することができ、この場合、提供される圧力と対比させて、試験媒体の圧力を決定することができる。

【0043】

本開示の実施形態を、圧力感知ダイヤフラムのひずみを検出するために例えばピエゾ抵抗素子を利用するものとして記載してきたが、本開示の範囲から逸脱することなく任意の好適なタイプの圧力感知技術を実装してもよいことが理解されるべきである。感知素子は必ずしもＭＥＭＳによって提供されない。他の例には、セラミック膜が含まれる。例えば、本明細書で開示されている圧力センサデバイスは、当業者が理解するであろう容量式、電磁式、圧電式、光学式、または熱的圧力感知技法を実装してもよい。

【0044】

これまで検討してきた全ての実施形態は、限定となることは意図されておらず、本発明の特徴および利点を説明する例の役割を果たす。上記した特徴の一部または全てを別の方法で組み合わせてもよいことを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】