專利名稱：壓力傳感器和生產(chǎn)壓力傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，其中，由α-相氧化鋁(礬土)如藍(lán)寶石制成的壓力傳感器塊和同樣由α-氧化鋁如藍(lán)寶石制成的板件結(jié)合，本發(fā)明還涉及一種壓力傳感器的生產(chǎn)方法。
有人提出一種具有包括襯底和由藍(lán)寶石制成的隔膜的外殼的壓力傳感器塊。藍(lán)寶石，即高熱穩(wěn)定性的金剛砂(單晶α-相氧化鋁)難以溶于酸性和堿性溶液，因此廣泛用作耐火材料、絕緣體、研磨劑等。當(dāng)用具有上述性能的藍(lán)寶石構(gòu)造外殼時(shí)，即使測(cè)量目標(biāo)是腐蝕性液體時(shí)，上述壓力傳感器塊也可以通過(guò)隔膜的直接接收而測(cè)量液體的壓力。
如

圖10所示，上述壓力傳感器塊通過(guò)固定在底座上而用作壓力傳感器。如圖10所示，壓力傳感器塊1001置于用如玻璃制成的底座1002的中心部位形成的凹窩1003中，以面對(duì)圖10上部的隔膜部分。在底座1002的凹窩1003的底表面上形成穿過(guò)底座1002底表面延伸的電極插腳1004的終端1005，終端1005分別與導(dǎo)向塊1001襯底下表面的電極線相連接。在凹窩1003的底表面上形成溝通底座1002底表面的通風(fēng)口1006。
中間部位有開(kāi)孔部分的蓋板1007壓擠塊1001上表面的周緣。將蓋板1007與底座1002的上表面結(jié)合，方法是一次性熔融玻璃，然后使其固定在底座1002上。蓋板1007與塊1001相互密封，使要通過(guò)與塊1001的上表面接觸而測(cè)量的液體無(wú)法進(jìn)入塊1001周圍的凹窩1003。
為了保證壓力測(cè)量的精確性，用與塊1001相同的材料藍(lán)寶石制備蓋板1007，使二者隨溫度的變形程度一樣，這樣就不會(huì)有壓力作用于塊1001。如上所述，為了通過(guò)盡可能排除相異金屬結(jié)合來(lái)密封所述塊，將蓋板1007和塊1001的鄰接表面直接結(jié)合。為了結(jié)合兩個(gè)用上述藍(lán)寶石制成的部件，將它們的結(jié)合面鏡面拋光后緊靠在一起，將要結(jié)合的兩個(gè)用藍(lán)寶石制成的部件加熱，同時(shí)在二者之間的部位施加壓力，從而將其緊緊地結(jié)合在一起，而不使用粘結(jié)劑等物質(zhì)。
但是，在上述直接結(jié)合方法中，因?yàn)閮蓚€(gè)用藍(lán)寶石制成的材料的鄰接表面必須鏡面拋光至0.3nm或更小的粗糙度，所以需要昂貴的部件(蓋板)。不使用粘結(jié)劑等物質(zhì)的上述直接結(jié)合方法通常要增加成本。相反，當(dāng)使用普通粘結(jié)劑時(shí)，可以低成本地結(jié)合兩個(gè)部件，從而生產(chǎn)便宜的壓力傳感器。但是，因?yàn)槠胀ㄕ辰Y(jié)劑是插入在兩個(gè)部件之間的不同的材料，所以將產(chǎn)生壓力，并且在結(jié)合部位不能得到與藍(lán)寶石相同的耐蝕性和熱穩(wěn)定性。這將限制壓力傳感器的應(yīng)用范圍。
如上所述，為了充分利用壓力傳感器外殼的材料性能，傳統(tǒng)上在構(gòu)成外殼的各個(gè)部件之間高成本地進(jìn)行直接結(jié)合。相反，當(dāng)用粘結(jié)劑等物質(zhì)結(jié)合各個(gè)部件時(shí)，能夠低成本地形成該器件，但是不能充分利用部件的材料性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，壓力傳感器包括壓力傳感器塊和通過(guò)用α-相氧化鋁制成的中間產(chǎn)品層與壓力傳感器塊連接的用α-相氧化鋁制成的板件，壓力傳感器塊具有用α-相氧化鋁制成的襯底、設(shè)置在襯底主表面上的用α-相氧化鋁制成的隔膜、由襯底中的凹窩形成且被隔膜覆蓋的電容腔、設(shè)置在電容腔底部中的靜態(tài)電極、與靜態(tài)電極相對(duì)置地固定在電容腔中的隔膜上的可動(dòng)電極，其中，中間產(chǎn)品層是用下述方法形成的加熱溶解有含鋁和氧的化合物的溶液形成的溶液，使該溶液變成由無(wú)定形氧化鋁或其相是非α-相的氧化鋁形成的中間產(chǎn)品，然后使得到的中間氧化鋁發(fā)生相變，形成α-相氧化鋁。
根據(jù)該壓力傳感器，壓力傳感器塊和板件之間的結(jié)合部位基本上是用與板件相同的材料α-相氧化鋁如藍(lán)寶石制成的。
本發(fā)明的另一方面是生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其中，用α-相氧化鋁制成的板件與壓力傳感器塊結(jié)合，壓力傳感器塊具有用α-相氧化鋁制成的襯底、設(shè)置在襯底主表面上的用α-相氧化鋁制成的隔膜、由襯底中的凹窩形成且被隔膜覆蓋的電容腔、設(shè)置在電容腔底部中的靜態(tài)電極、與靜態(tài)電極相對(duì)置地固定在電容腔中的隔膜上的可動(dòng)電極，首先在板件表面上形成由溶解有含鋁和氧的化合物的溶液形成的溶液層，加熱溶液層，在板件表面上形成由無(wú)定形氧化鋁或其相是非α-相的氧化鋁形成的中間產(chǎn)品層，壓力傳感器塊置于中間產(chǎn)品層上，在板件和壓力傳感器塊之間施加壓力和電場(chǎng)，用紫外線照射中間產(chǎn)品層，無(wú)定形氧化鋁或其相是非α-相的氧化鋁發(fā)生相變，形成α-相氧化鋁，從而使板件與壓力傳感器塊結(jié)合。
根據(jù)該生產(chǎn)方法，壓力傳感器塊和板件之間的結(jié)合部位基本上是用α-相氧化鋁如藍(lán)寶石制成的。
在上述生產(chǎn)方法中，含鋁和氧的化合物包括鋁的氫氧化物，例如，溶液層包括水溶液，含鋁和氧的化合物是勃姆石。另外，含鋁和氧的化合物可以包括鋁的有機(jī)金屬化合物和鋁的有機(jī)鹽，如Al(CH3COO)3。另外，鋁的有機(jī)金屬化合物可以是烷醇鋁或羰基金屬鋁。
在上述生產(chǎn)方法中，紫外線的波長(zhǎng)可以不大于200nm。
在上述生產(chǎn)方法中，用α-相氧化鋁制成的緩沖部件固定在隔膜的周緣部分上以形成壓力傳感器塊，板件可結(jié)合在緩沖部件上。
在上述壓力傳感器及其生產(chǎn)方法中，α-相氧化鋁是藍(lán)寶石，其相是非α-相的氧化鋁是一種選自γ-、θ-、ι-、κ-、ε-、χ-、δ-和σ-相氧化鋁及其復(fù)合物的材料。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案處于使蓋板130和壓力傳感器塊110相結(jié)合狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖；圖2是示出帶有緩沖部件120的壓力傳感器塊110的結(jié)構(gòu)圖；圖3是示出緩沖部件120的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖4是示出與金屬板140結(jié)合的用藍(lán)寶石制成的蓋板130的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖5是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案生產(chǎn)壓力傳感器的方法的工藝圖；圖6是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案生產(chǎn)壓力傳感器的方法的工藝圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的壓力傳感器的部分結(jié)構(gòu)圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的壓力傳感器的部分結(jié)構(gòu)圖；圖9是示出β-氧化鋁狀態(tài)的說(shuō)明圖；和圖10是示出壓力傳感器的部分結(jié)構(gòu)圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的壓力傳感器塊的結(jié)構(gòu)圖。在該實(shí)施方案中，如圖1所示，用單晶α-相氧化鋁(礬土)藍(lán)寶石制成的蓋板130(用α-相氧化鋁制成的板件)與固定在緩沖部件120上的壓力傳感器塊110結(jié)合。與蓋板130結(jié)合的壓力傳感器塊110由藍(lán)寶石襯底部分101和藍(lán)寶石隔膜102構(gòu)成。在襯底部分101的中心部位形成的凹窩作為電容腔103。在電容腔103中的隔膜102側(cè)上形成可動(dòng)電極104，在電容腔103中的襯底部分101一側(cè)上，即襯底部分101的凹窩底表面上形成靜態(tài)電極105。盡管圖中沒(méi)有示出，但是在襯底部分101的底表面上形成有分別連接可動(dòng)電極104和靜態(tài)電極105的電極極板。
通過(guò)切割多個(gè)在直徑為如4英寸的圓板狀藍(lán)寶石晶片上形成的塊而形成塊110。在將晶片切割成塊110之前，其上形成有多個(gè)塊110的藍(lán)寶石晶片和其上形成有多個(gè)緩沖部件的直徑為4英寸的圓板狀藍(lán)寶石晶片在其成型部分相互排列后直接結(jié)合，立即切割得到的晶片，從而得到各個(gè)如圖2所示的與相應(yīng)的緩沖部件120結(jié)合的塊110。因此，換句話說(shuō)，塊110和緩沖部件120形成一個(gè)壓力傳感器塊。
如圖2和圖3(平面圖)所示，在接近緩沖部件120的上下表面終端的部位處分別形成環(huán)狀接觸區(qū)121和122，接觸區(qū)121與襯底部分101的隔膜102的上表面直接結(jié)合。在緩沖部件120的中心部位形成開(kāi)孔部分123。用緩沖部件120減輕結(jié)合蓋板130時(shí)產(chǎn)生的壓力并防止非常薄的隔膜102變形。因此，例如在結(jié)合隔膜時(shí)不產(chǎn)生壓力的情況下可以不使用緩沖部件120。當(dāng)不使用緩沖部件120時(shí)，蓋板130(下面說(shuō)明)與隔膜102的上表面結(jié)合。
當(dāng)制備與緩沖部件120直接結(jié)合的塊110時(shí)，制備如圖4的平面圖所示的與環(huán)狀金屬板140結(jié)合的藍(lán)寶石蓋板130。如圖4所示，蓋板130形成中心部位有開(kāi)孔區(qū)133的框架形狀，金屬板140與蓋板130的主表面132的周緣部分結(jié)合。金屬板140按照下述方法與蓋板130結(jié)合。首先，例如通過(guò)預(yù)先在蓋板130的結(jié)合區(qū)中進(jìn)行電鍍形成金屬膜，然后將金屬板140焊接在金屬膜形成區(qū)。
如圖1所示，蓋板130的底表面131與緩沖部件120的接觸區(qū)122結(jié)合。在該實(shí)施方案中，為了生產(chǎn)比直接結(jié)合方法成本低得多的用藍(lán)寶石制成的壓力傳感器，用下述方法結(jié)合蓋板130。
首先，向勃姆石(AlO(OH)，這是一種鋁的氫氧化物)水溶液中加入二氧化鈦，形成涂層溶液。如圖5所示，用涂層溶液涂覆焊接有金屬板140的蓋板130表面，形成涂層501。當(dāng)少量稀硝酸溶解在涂層溶液中使其氫離子濃度(pH)大約為4時(shí)，即使勃姆石的濃度很高，也能得到穩(wěn)定的溶解狀態(tài)。
將帶有涂層501的蓋板130加熱至如450℃。水分通過(guò)加熱而蒸發(fā)，由勃姆石水溶液形成的涂層變成凝膠層。當(dāng)再次加熱蓋板130上的勃姆石凝膠時(shí)，其通過(guò)脫水變成γ-氧化鋁，并且與用藍(lán)寶石制成的蓋板130結(jié)合。結(jié)果如圖6所示，在與其結(jié)合的蓋板130表面上的結(jié)合區(qū)內(nèi)形成由γ-氧化鋁或無(wú)定形氧化鋁制成的中間產(chǎn)品層601。因?yàn)橹虚g產(chǎn)品層601是通過(guò)涂覆勃姆石水溶液形成的，所以為了使其平整，中間產(chǎn)品層601的表面在蓋板130上表面上的吸收是不均勻的。當(dāng)中間產(chǎn)品層601是用藍(lán)寶石制成的時(shí)，這種平整狀態(tài)允許直接結(jié)合。
在金剛砂晶體結(jié)構(gòu)(α-相)中，作為金剛砂如藍(lán)寶石的氧化鋁具有非常穩(wěn)定的狀態(tài)。相反，γ-氧化鋁的立方體尖晶石晶體結(jié)構(gòu)具有許多由于非天然晶體結(jié)構(gòu)造成的氧原子缺漏而產(chǎn)生的晶格缺陷。另外，無(wú)定形氧化鋁的晶格缺陷比γ-氧化鋁的晶格缺陷還多。當(dāng)在藍(lán)寶石上形成具有大量由于氧原子缺漏而產(chǎn)生的上述晶格缺陷的層時(shí)，為了達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，藍(lán)寶石表面上的藍(lán)寶石所含有的氧將進(jìn)入晶格缺陷。當(dāng)發(fā)生這種反應(yīng)時(shí)，用藍(lán)寶石制成的蓋板130和在蓋板130表面上形成的中間產(chǎn)品層601化學(xué)結(jié)合。
然后使蓋板130上的中間產(chǎn)品層601的表面緊靠緩沖部件120的接觸區(qū)122的表面，在這種狀態(tài)下，如圖7所示，在塊110和蓋板130之間施加如100-30000Pa，優(yōu)選2000Pa的壓力以在其上施加負(fù)荷。另外，對(duì)中間產(chǎn)品層601施加約5kV/mm的電場(chǎng)，并且用紫外線(185nm)照射。另外，將塊110和蓋板130加熱至約700℃。
如圖7所示施加負(fù)荷、施加電場(chǎng)和用紫外線照射。如圖7所示，與緩沖部件120結(jié)合的塊110置于用陶瓷如氧化鋁制成的平臺(tái)701上，蓋板130置于緩沖部件120上。在蓋板130上放置壓力框架702以在蓋板130上施加壓力框架702重量的負(fù)荷(約200kg)。盡管圖中沒(méi)有示出，但是在蓋板130和緩沖部件120之間形成中間產(chǎn)品層。
在平臺(tái)701上布置低電極703，使其環(huán)繞與緩沖部件120結(jié)合的塊110。屏蔽部件704內(nèi)配合在蓋板130的開(kāi)孔區(qū)，環(huán)繞屏蔽部件704設(shè)置的框狀高電極705布置在蓋板130的開(kāi)孔區(qū)側(cè)的端部上。在這種情況下，壓力框架702內(nèi)側(cè)和高電極705外側(cè)之間形成間隙，從上面通過(guò)該間隙可以看到蓋板130和緩沖部件120的結(jié)合區(qū)。
進(jìn)行上述布局后，設(shè)定真空或減壓氣氛。從壓力框架702上面用紫外線照射蓋板，在低電極703和高電極705之間施加電壓，啟動(dòng)裝配在平臺(tái)701中的傳熱加熱器(圖中未示出)，產(chǎn)生用于為整個(gè)結(jié)構(gòu)加熱的熱量。
用這種方法使圖6所示的中間產(chǎn)品層601發(fā)生相變，變成α-相，成為金剛砂，即藍(lán)寶石。用與蓋板130和緩沖部件120相同的材料藍(lán)寶石制成的層可以無(wú)縫而堅(jiān)固地結(jié)合蓋板130和緩沖部件120。
下面考慮結(jié)合作業(yè)。上述γ-氧化鋁在加熱至約1000℃后發(fā)生相變，從立方體尖晶石晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偵熬w結(jié)構(gòu)，從而使γ-氧化鋁變成金剛砂。在這次相變中，為了非常大地改變晶體結(jié)構(gòu)，原子必須有非常大的移動(dòng)，一些鍵如鋁和氧之間的鍵必須相互斷裂。因此，如上所述，從γ-氧化鋁向α-氧化鋁的相變要求1000℃的高溫。
如上所述，在這種情況下，通過(guò)預(yù)先在中間產(chǎn)品層中加入二氧化鈦、施加電場(chǎng)和用紫外線照射中間產(chǎn)品層可以在較低溫度下(這將在下面說(shuō)明)使鋁和氧之間的鍵斷裂。這樣可以增加每一個(gè)原子的移動(dòng)性。
在加入中間產(chǎn)品層的二氧化鈦中，通過(guò)用紫外線照射中間產(chǎn)品層可以生成空穴-電子對(duì)。另外，因?yàn)閷?duì)中間產(chǎn)品層施加電場(chǎng)，所以生成的空穴-電子對(duì)斷裂，得到的空穴和電子不能重新結(jié)合。
當(dāng)處于上述狀態(tài)的二氧化鈦靠近正極時(shí)，二氧化鈦接收來(lái)自正極的電子，成為富電子狀態(tài)。為了消除這種富電子狀態(tài)，二氧化鈦向鄰近的鋁-氧鍵發(fā)射電子。γ-氧化鋁中的每一個(gè)鋁-電子鍵一般在約1000℃的高溫下斷裂，但是，當(dāng)受到二氧化鈦的電子攻擊時(shí)，這種鍵可以在低于1000℃的溫度下斷裂。
結(jié)果，收到發(fā)射電子的每一個(gè)鋁-氧鍵在約700℃的溫度下斷裂，生成O2-，從而造成沒(méi)有氧原子在其應(yīng)在位置處的氧缺陷。
當(dāng)處于上述狀態(tài)的二氧化鈦靠近負(fù)極時(shí)，因?yàn)楸回?fù)極移去電子而使其處于貧電子狀態(tài)。每一個(gè)單獨(dú)的O2-將電子轉(zhuǎn)移到處于貧電子狀態(tài)的鄰近二氧化鈦并與相鄰的氧缺陷結(jié)合。這并不限于二氧化鈦，使用其它任何光催化劑如ZnO2都能得到同樣的結(jié)果。
如上所述，通過(guò)預(yù)先加入二氧化鈦、施加電場(chǎng)和用紫外線照射中間產(chǎn)品層可以在約700℃的加熱溫度下使中間產(chǎn)品層601發(fā)生相變，成為金剛砂。在該實(shí)施方案中，因?yàn)樯w板130的結(jié)合工藝是最高溫度下的工藝，所以塊110中形成的可動(dòng)電極104和靜態(tài)電極105優(yōu)選由耐700℃的導(dǎo)電部件如金屬制成。注意在襯底之間施加預(yù)定壓力以在其上施加負(fù)荷，這樣可以防止蓋板130翹曲，蓋板130的結(jié)合面和緩沖部件120的接觸區(qū)122相互之間完全接觸。
如圖8所示，制備在中心部位有凹窩151且用玻璃制成的襯底150。通過(guò)緩沖部件120與蓋板130和金屬板140連接的塊110固定在襯底150的凹窩151中。襯底150具有電極插腳152，電極插腳152的上端暴露于凹窩151的底部，下端穿過(guò)襯底150的底部延伸，突出于襯底150的底表面。在凹窩151的底部形成貫穿襯底150下部的通風(fēng)口153。另外，金屬框160固定在襯底150上，將其包繞。
因此，當(dāng)塊110固定在凹窩151中時(shí)，暴露在塊110下表面上的電極極塊(圖中未示出)排列在相應(yīng)的電極插腳142的上端，使它們相互接觸。通過(guò)將金屬板140焊接在框160的上表面上來(lái)固定塊110。
通過(guò)上述操作，上表面，即塊110的隔膜102的受壓表面通過(guò)緩沖部件120的開(kāi)孔部分123和蓋板130的開(kāi)孔部分133暴露在圖8的圖面表面上方的區(qū)域中。因此，在圖8的圖面表面上方的區(qū)域(被襯底150和框160隔開(kāi)的區(qū)域)中的液體能夠和塊110的受壓表面直接接觸。
但是，因?yàn)榭?60和金屬板140、金屬板140和蓋板130、蓋板130和緩沖部件120、緩沖部件120和隔膜102相互之間緊密結(jié)合，所以與塊110的受壓表面直接接觸的液體不會(huì)漏入圖8的圖面表面下方的區(qū)域(被襯底150和框160隔開(kāi)的區(qū)域)。
在該實(shí)施方案中，將蓋板的結(jié)合面粗糙度設(shè)定為如約10nm，在通過(guò)涂覆溶液形成中間產(chǎn)品層時(shí)，只要中間產(chǎn)品層的表面能夠吸收藍(lán)寶石襯底的表面粗糙度，使其平整即可。表面粗糙度約為10nm的藍(lán)寶石襯底一直用于如手表視窗，如此大小的藍(lán)寶石襯底很便宜，只有幾百日元。而和上述同樣大小但表面粗糙度為0.3nm或更小的用于直接結(jié)合的藍(lán)寶石襯底則需要幾萬(wàn)日元。但是在該實(shí)施方案中不需要如此高精度的襯底。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，用藍(lán)寶石制成的蓋板可以達(dá)到與直接結(jié)合相同的結(jié)合程度，而不需使用成本高的高精度工藝。在這種情況下，緩沖部件和蓋板或塊和蓋板通過(guò)用基本上與塊和蓋板同樣的材料藍(lán)寶石(α-相氧化鋁)制成的中間產(chǎn)品層相互結(jié)合。
在上述說(shuō)明中，使用的是勃姆石。這種材料是鋁氫氧化物的一種形式。也可以用其它任何鋁氫氧化物如水鋁礦或水鋁石得到與上述同樣的結(jié)果。<第二個(gè)實(shí)施方案>
下面描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案。
在該實(shí)施方案中，用下述方法在用藍(lán)寶石制成的蓋板130上形成中間產(chǎn)品層601(圖6)。
首先，將硝酸鋁水溶液涂覆在蓋板130的預(yù)定區(qū)域(結(jié)合區(qū)域)后加熱，從而在蓋板130上的涂層區(qū)域內(nèi)形成由γ-氧化鋁制成的中間產(chǎn)品層601。通過(guò)加熱蒸發(fā)掉硝酸鋁水溶液中的水分，硝酸鋁通過(guò)失去硝酸而成為堿式鹽，并且最終變成γ-相氧化鋁(γ-氧化鋁)。結(jié)果如前面的實(shí)施方案所述，在蓋板130上形成由γ-氧化鋁制成的中間產(chǎn)品層601。下面的過(guò)程與前面的實(shí)施方案相同。
在該實(shí)施方案中，用硝酸鋁水溶液涂覆蓋板。但是，可以用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的水溶液涂覆蓋板后加熱，使蓋板表面上的藍(lán)寶石本身發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在蓋板表面上形成硝酸鋁層。<第三個(gè)實(shí)施方案>
下面描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案。
在該實(shí)施方案中，用鋁的有機(jī)金屬化合物的有機(jī)溶劑涂覆蓋板130，然后將其加熱至約200-600℃，從而在蓋板130上形成由γ-氧化鋁制成的中間產(chǎn)品層601(圖6)。作為鋁的有機(jī)金屬化合物，可以使用二異丙醇鋁合乙酰乙酸乙酯、異丙醇鋁等。
當(dāng)加熱由鋁的有機(jī)金屬化合物的有機(jī)溶劑形成的涂層時(shí)，有機(jī)溶劑被蒸發(fā)掉。然后，當(dāng)將涂層加熱至上述溫度時(shí)，有機(jī)金屬化合物分解以蒸發(fā)掉有機(jī)組分，所以剩下所有非α-相氧化鋁的氧化鋁，即無(wú)定形氧化鋁、γ-相氧化鋁等。用紫外線照射涂層或者在氧氣等離子體中進(jìn)行分解時(shí)，這種分解可以在較低溫度下進(jìn)行。結(jié)果如前面的實(shí)施方案所述，在蓋板130上形成由無(wú)定形氧化鋁或γ-氧化鋁制成的中間產(chǎn)品層601。下面的過(guò)程與前面的實(shí)施方案相同。
在該實(shí)施方案中，對(duì)于測(cè)量壓力用的壓力傳感器塊中形成的每一個(gè)電極，使用一種金屬。但是，本發(fā)明并不局限于此，可以使用一種稱為β-氧化鋁的材料如Na2O·11Al2O3或K2O·11Al2O3。如圖9所示，β-氧化鋁具有由11Al2O3分子層形成的Al2O3層901和由一個(gè)Na2O分子層形成的Na2O層902交替堆疊的結(jié)構(gòu)。具有這種結(jié)構(gòu)的β-氧化鋁具有導(dǎo)電性，并且與作為形成電極基質(zhì)的藍(lán)寶石有很好的親和性，因此可以抑制由于壓力傳感器生產(chǎn)過(guò)程中的熱應(yīng)力和壓力材料時(shí)的隔膜變形應(yīng)力所造成的電極剝落。
因?yàn)棣?氧化鋁是熔點(diǎn)高達(dá)2900℃的耐火材料，所以即使在上述蓋板結(jié)合工藝中也沒(méi)有問(wèn)題。在蓋板結(jié)合工藝中可以進(jìn)行高溫加工，從而在由無(wú)定形氧化鋁或γ-氧化鋁制成的中間產(chǎn)品層中可以進(jìn)行更快和更可靠的相變。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在前面的說(shuō)明中使用的是藍(lán)寶石，但是，本發(fā)明并不局限于此，可以用與上述同樣的方法結(jié)合任何由α-相氧化鋁制成的部件。
如上所述，根據(jù)上述實(shí)施方案，用α-相氧化鋁如藍(lán)寶石制成的板件可以與直接結(jié)合相同的結(jié)合程度與具有用α-相氧化鋁如藍(lán)寶石制成的部件如外殼的壓力傳感器塊結(jié)合。這就能夠低成本且不降低藍(lán)寶石性能地形成用藍(lán)寶石制成的壓力傳感器。
如上所述，在本發(fā)明的壓力傳感器及其生產(chǎn)方法中，用α-相氧化鋁如藍(lán)寶石制成的板件可以與直接結(jié)合相同的結(jié)合程度與具有用α-相氧化鋁如藍(lán)寶石制成的部件如外殼的壓力傳感器塊結(jié)合。因此，本發(fā)明適用于低成本且不降低藍(lán)寶石性能地形成用藍(lán)寶石制成的壓力傳感器。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，其特征在于包括壓力傳感器塊，其具有用α-相氧化鋁制成的襯底、設(shè)置在所說(shuō)的襯底主表面上的用α-相氧化鋁制成的隔膜、由所說(shuō)的襯底中的凹窩形成且被所說(shuō)的隔膜覆蓋的電容腔、設(shè)置在所說(shuō)的電容腔底部中的靜態(tài)電極、與所說(shuō)的靜態(tài)電極相對(duì)置地固定在所說(shuō)的電容腔中的所說(shuō)的隔膜上的可動(dòng)電極；和通過(guò)用α-相氧化鋁制成的中間產(chǎn)品層與所說(shuō)的壓力傳感器塊連接的用α-相氧化鋁制成的板件，其中，所說(shuō)的中間產(chǎn)品層是用下述方法形成的加熱溶解有含鋁和氧的化合物的溶液，使該溶液變成由無(wú)定形氧化鋁或其相是非α-相的氧化鋁形成的中間產(chǎn)品，然后使得到的中間氧化鋁發(fā)生相變，形成α-相氧化鋁。
2.一種生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其中，用α-相氧化鋁制成的板件與壓力傳感器塊結(jié)合，壓力傳感器塊具有用α-相氧化鋁制成的襯底、設(shè)置在所說(shuō)的襯底主表面上的用α-相氧化鋁制成的隔膜、由所說(shuō)的襯底中的凹窩形成且被所說(shuō)的隔膜覆蓋的電容腔、設(shè)置在所說(shuō)的電容腔底部中的靜態(tài)電極、和與所說(shuō)的靜態(tài)電極相對(duì)置地固定在所說(shuō)的電容腔中的所說(shuō)的隔膜上的可動(dòng)電極，其特征在于，該方法包括第一個(gè)步驟，在板件表面上形成由溶解有含鋁和氧的化合物的溶液形成的溶液層；第二個(gè)步驟，加熱溶液層，在板件表面上形成由無(wú)定形氧化鋁或其相是非α-相的氧化鋁形成的中間產(chǎn)品層；和第三個(gè)步驟，將壓力傳感器塊置于中間產(chǎn)品層上，在板件和壓力傳感器塊之間施加壓力和電場(chǎng)，用紫外線照射中間產(chǎn)品層，無(wú)定形氧化鋁或其相是非α-相的氧化鋁發(fā)生相變，形成α-相氧化鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于含鋁和氧的化合物包括鋁的氫氧化物，溶液層包括水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于含鋁和氧的化合物包括勃姆石。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于含鋁和氧的化合物包括鋁的有機(jī)鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于含鋁和氧的化合物包括鋁的有機(jī)金屬化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于鋁的有機(jī)鹽包括Al(CH3COO)3。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于鋁的有機(jī)金屬化合物包括烷醇鋁。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于鋁的有機(jī)金屬化合物包括或羰基金屬鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于紫外線的波長(zhǎng)不大于200nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于在隔膜的周緣部分上形成用α-相氧化鋁制成的緩沖部件以形成壓力傳感器塊，和將板件結(jié)合在緩沖部件上。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于α-相氧化鋁包括藍(lán)寶石。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)壓力傳感器的方法，其特征在于其相是非α-相的氧化鋁是一種選自γ-、θ-、ι-、κ-、ε-、χ-、δ-和σ-相氧化鋁及其復(fù)合物的材料。
全文摘要
用通過(guò)在一種鋁的羥基礦物—勃姆石(AlO(OH))水溶液中加入二氧化鈦制備的涂層溶液將一種用藍(lán)寶石制成的板件—蓋板(130)與固定在緩沖部件(120)上的壓力傳感器塊(110)結(jié)合。
文檔編號(hào)G01L9/06GK1466780SQ01816589
公開(kāi)日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2001年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月29日
發(fā)明者增田譽(yù) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武