气体压力控制器的制造方法_3

文档序号:9239972阅读:来源:国知局
-A线位置处的截面图。利用螺钉经由该基板的孔21 (参照图5A等。)将绝缘性基板2a固定于金属制的固定基座30。在基板2a的背面侧利用粘接剂粘着有MEMS压力传感器元件16。压力传感器元件16例如是静电电容型。在图4A、图4B中没有表现,但电容数字转换器接近压力传感器元件16地搭载于基板2a的背面侧,电容数字转换器利用焊接材料与形成于基板2a的背面的金属布线层77 (参照图5G。)电连接并且机械地接合。
[0067]在基板2a的表面侧利用粘接剂粘着有MEMS阀元件14。为了驱动阀元件14而在阀元件14的上部以隔着滚珠24从上方按压的方式配置有致动器26。致动器26例如是压电致动器。致动器26收纳在外壳32内,在外壳32内的致动器26的下部配置有销34,在销34与外壳32的前端部的内表面之间收纳有螺旋弹簧36,该螺旋弹簧36进行施力使得将销34向上方推。致动器26的上端隔着滚珠基座38和滚珠40用盖42密封。由此,致动器26以用弹簧36被推向上方的状态收纳在外壳32内。外壳32通过固定框44固定于基座30。
[0068]对致动器26施加电压以使致动器26在延伸的方向上进行动作,由此销34从外壳32向下方延伸并经由滚珠24使阀14进行动作。
[0069]在基板2a的表面侧和背面侧分别搭载有连接器46和48,连接器46和48分别利用焊接材料与基板2a的表面侧和背面侧的金属布线层72a、72g(参照图5A、图5G。)电连接并且机械地接合。连接器46用于对压电致动器施加电压,连接器48用于将电容数字转换器的信号取出到外部和控制压电致动器。压力传感器元件16和电容数字转换器利用接合线进行连接。电容数字转换器与连接器48之间经由形成于基板2a的表面、背面以及内部的金属布线层和通孔的金属层72a?72g(参照图5A?图5G。)进行连接。
[0070]图5A至图5G详细地示出了基板2a的各层。基板2a是在层叠了六层绝缘性基板层2a-l?2a-6后进行烧结而接合得到的。各基板层2a_l?2a_6是厚度为0.1mm?0.5mm左右的氧化铝陶瓷基板。基板层2a_l?2a_6从上层起依次称为第一层、第二层、…。图5A至图5F表示各个基板层2a-l?2a_6的上表面侧,图5G表示第六层基板层2a_6的背面侦U。以如下方式层叠并进行烧结:将第六层基板层2a-6设为最下层,在其上面层叠第五层基板层2a_5、第四层基板层2a_4、…,最上层为第一层基板层2a_l。
[0071]在第三层基板层2a_3利用成为内部流路的贯通槽形成有入口侧流路40、出口侧流路42以及压力传感器的大气侧连通流路49。入口侧流路40的一端40a与第四层基板层2a-4的贯通孔40b、第五层基板层2a-5的贯通孔40c以及第六层基板层2a_6的贯通孔40d重合而成为气体入口孔。出口侧流路42的一端42a与第四层基板层2a-4的贯通孔42b、第五层基板层2a-5的贯通孔42c以及第六层基板层2a_6的贯通孔42d重合而成为气体出口孔。
[0072]在图5G所示的第六层基板层2a_6开出一个用于搭载压力传感器元件16的矩形的贯通孔45,在此处嵌入并搭载压力传感器元件16。为了将内部流路与压力传感器元件16连接,而在第五层基板层2a-5的与压力传感器元件16的检测侧的开口位置对应的位置处形成有贯通孔46a,并在第四层基板层2a-4形成贯通孔46b,这些孔46a、46b与第三层基板层2a-3的出口侧流路42的分支部分46c重合。
[0073]为了压力传感器元件16检测内部流路42的压力与大气压的压差,在第五层基板层2a-5的与压力传感器元件16的大气侧的开口对应的位置处形成有贯通孔50a,在第四层基板层2a-4形成贯通孔50b,这些孔50a、50b与第三层基板层2a_3的大气侧连通通路49的一端重合。在第三层基板层2a-3的与大气侧连通通路49的另一端侧对应的位置处分别形成有第四层基板层2a-4的贯通孔52a、第五层基板层2a_5的贯通孔52b以及第六层基板层2a-6的贯通孔52c,这些贯通孔重合而成为向大气释放的大气孔。
[0074]为了搭载阀元件14,在第一层基板层2a_l形成有矩形的贯通孔60,阀元件14嵌入并搭载于该贯通孔60内。在第二层基板层2a-2的阀搭载位置处,在与阀元件14的入口对应的位置处将阀入口孔62a形成为贯通孔,在与阀元件14的出口对应的位置处将阀出口孔64a、66a形成为贯通孔。以使第三层基板层2a_3的入口侧流路槽40的另一端62b嵌入第二层基板层2a_2的阀入口孔62a内的方式进行定位,以使基板层2a_3的出口侧流路槽42的另一端64b、66b分别与第二层基板层2a_2的阀出口孔64a、66a重合的方式进行定位。通过这样,阀元件14配置在入口侧流路槽40与出口侧流路槽42之间。
[0075]在本实施例中,示出了阀元件14具有两个出口的情况,但阀元件14也可以具有一个出口。
[0076]基板层2a-2、2a_5以及2a_6在各自的上表面分别形成有用阴影示出的金属层68a、68b以及68c。基板层2a_6在其下表面也形成有金属层68d。这些金属层用于遮蔽外来噪声,并分别经由导通孔或者通孔70a?70e彼此进行电连接。
[0077]在第一层基板层2a_l的上表面用附图标记71示出的位置是搭载连接器46的位置,在第六层基板层2a-6的背面用附图标记73示出的位置是搭载连接器48的位置。连接器46和48经由导通孔或通孔、以及基板2a的表面、背面和内部的金属层72a?72g而利用焊接材料彼此进行电连接,并粘着于基板2a。
[0078]在各基板层2a_l?2a_6的相同位置处开出六个贯通孔21,经由这些孔21将基板2a利用螺钉固定于固定基座30。对贯通孔21的数量不作特别地限定。
[0079]在第六层基板层2a_6的背面侧用附图标记75示出的位置是搭载电容数字转换器的位置,形成有用于利用焊接材料将电容数字转换器电连接并机械地粘着的金属层77。用附图标记79示出的位置是用于搭载由电容数字转换器使用的电容器的位置,用附图标记81示出的位置是搭载由电容数字转换器使用的电阻的位置。
[0080]在图6中示出搭载于基板2a的阀元件14。阀元件14由两层的SOI (绝缘体上娃结构)基板80、82和玻璃基板84构成。SOI基板在硅基板中具有Box层(埋入氧化物层)。对玻璃基板84的材质不作特别地限定,在此,作为线膨胀系数接近硅的线膨胀系数的玻璃基板,使用? r、y 々I (TEMPAX,注册商标)玻璃基板。
[0081]利用SOI基板82形成阀座(valve sheet) 82a,利用SOI基板80形成阀体部80a。阀体部80a以能够利用膜片80b在上下方向上移动的方式被支承,阀体部80a能够相对于阀座82a打开和关闭。按压部82b抵接于阀体部80a的上部中央部,按压部82b的上部隔着滚珠24被致动器26 (参照图4B。)向下方按。形成于基板2a的入口侧流路40连接于阀体部80a的下方和阀座82a的外侧,出口侧流路42与阀座82a的内侧连接。
[0082]除了阀体部80a与阀座82a之间以外,SOI基板80与82之间使用金进行接合,SOI基板82与玻璃基板84之间进行阳极接合,SOI基板80与绝缘基板层2a_2之间利用粘接剂进行接合。
[0083]当按压部82b隔着滚珠24被致动器26向下方按时,阀体部80a向下方移动,从而与阀座82a之间形成间隙而将阀打开,气体从入口侧流路40流向出口侧流路42。当致动器26的按压解除时,阀体部80a被来自入口侧流路40的气压推而向上方移动,从而与阀座82a之间的间隙关闭,停止从入口侧流路40向出口侧流路42流入气体。
[0084]在图7中示出
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