(57)【要約】本体を含むマイクロ圧力センサが開示され、本体は、本体の対向壁の間に定着される膜によって提供される区画に分けられるチャンバを有し、膜の表面上に配置される電極を支持する。一実施形態において、マイクロ圧力センサを製造する方法は、第１のシートをパターン化し、可撓性プラスチック材料の第１のシートから第１の本体要素を生成することであって、本体要素は、本体要素の第１の壁内にポートを有し、本体要素の残りの壁は、中実壁であり、第１の壁と残りの壁とは、チャンバを画定する、ことと、伝導性電極材料を支持する可撓性プラスチック材料の第２のシートを第１のシートに積層し、複合積層構造を提供することとを含む。
2019525182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ圧力センサであって、前記マイクロ圧力センサは、
チャンバを画定する対の対向壁を有する本体と、
複数の膜であって、各々は、その表面を覆う対応する電極層を有し、前記複数の膜は、前記チャンバ内に配置され、前記本体の対向壁の間に定着され、前記チャンバ内に複数の区画を提供する、複数の膜と、
前記複数の区画の第１の組に結合された第１の組のポートであって、前記第１の組のポートは、前記本体の前記対の対向壁のうちの第１のものの対応する部分に配置され、前記本体の前記対の対向壁のうちの第２のものは、前記本体の中実部分である、第１の組のポートと、
前記複数の区画の第２の異なる組に結合された第２の組のポートであって、前記第２の組のポートは、前記本体の前記対の対向壁のうちの前記第２のものの対応する部分に配置され、前記本体の前記対の壁のうちの前記第１のものは、前記本体の中実部分である、第２の組のポートと
を備えている、マイクロ圧力センサ。
【請求項２】
前記チャンバを閉じ込めるために前記本体に接続された対の端部キャップをさらに備えている、請求項１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項３】
前記第１の組のポートは、入口であり、前記第１の組のポートは、源圧力で流体源に結合されるように構成され、前記第２の組のポートは、出口であり、前記第２の組のポートは、基準圧力に結合されるように構成されている、請求項１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項４】
前記複数の膜の第１の組は、電気的に接続され、前記複数の膜の第２の組は、電気的に接続されている、請求項１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項５】
前記第１の組のポートの各ポートおよび前記第２の組のポートにおける各ポートは、それぞれの第１の組のポートおよび第２の組のポートのうちの直前のものに対して互い違いにされている、請求項１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項６】
前記マイクロ圧力センサは、静電容量測定回路に結合されている、請求項１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項７】
コントローラが、測定された静電容量を圧力に変換する、請求項１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項８】
前記マイクロ圧力センサは、ある圧力の流体流によって駆動されるように構成され、前記第１の組のポートの中に向かわせられる前記流体は、前記流体流圧力と出口である前記第２の組のポートに加えられた基準圧力との間の圧力差に従って、前記チャンバ内に配置された前記複数の膜が曲がることを引き起こす、請求項１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項９】
流体流圧力が基準圧力より低いアンダー圧力モードに対して、前記第１の組のポートから外へのある圧力における流体流は、前記第１のポートのうちの１つに結合された前記複数の区画の第１のものが収縮することを引き起こし、前記複数の区画のうちの前記１つに隣接する少なくとも１つの区画が実質的に同時に拡張することを引き起こす、請求項１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１０】
流体圧力が基準圧力より高いオーバー圧力モードに対して、前記第１の組のポートの中へのある圧力における流体流は、前記第１のポートのうちの１つに結合された前記複数の区画の第１のものが拡張することを引き起こし、前記複数の区画のうちの前記１つに隣接する少なくとも１つの区画が実質的に同時に収縮することを引き起こす、請求項１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１１】
マイクロ圧力センサであって、前記マイクロ圧力センサは、
第１のマイクロ圧力センサモジュールであって、前記第１のマイクロ圧力センサモジュールは、
第１の区画を画定する第１の本体であって、前記第１の本体は、前記第１の本体の壁内に画定された第１のポートを有する、第１の本体と、
前記第１の本体の表面に取り付けられた第１の膜と、
前記第１の膜の主要面上の第１の電気的伝導性電極と
を備えている、第１のマイクロ圧力センサモジュールと、
前記第１のマイクロ圧力センサモジュールを伴うスタック内に配列された第２のマイクロ圧力センサモジュールと
を備え、
前記第２のマイクロ圧力センサモジュールは、
第２の区画を画定する第２の本体であって、前記第２の本体は、前記第２の本体の壁内に画定された第２のポートを有する、第２の本体と、
前記第２の本体の表面に取り付けられた第２の膜と、
第２の膜の主要面上の第２の電気的伝導性電極と
を備え、
前記第１の膜および前記第１の本体と組み合わせられた前記第２の膜は、前記第１の区画を封入する、マイクロ圧力センサ。
【請求項１２】
前記第１のマイクロ圧力センサモジュールおよび前記第２のマイクロ圧力センサモジュールを伴う前記スタック内に配列された第３のマイクロ圧力センサモジュールをさらに備え、
前記第３のマイクロ圧力センサモジュールは、
第３の本体であって、前記第３の本体は、前記第３の本体内に第３のポートを有する、第３の本体と、
第３の本体であって、前記第３の本体は、第３の区画を画定し、前記第３の本体の壁内に画定された第３のポートを有する、第３の本体と、
前記第３の本体の表面に取り付けられた第３の膜と、
前記第３の膜の主要面上の第３の電気的伝導性電極と
を備え、
前記第２の膜および前記第２の本体と組み合わせられた前記第３の膜は、前記第２の区画を封入する、請求項１１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１３】
前記第１および第３のポートは、源圧力で流体によってフィードされる源ポートであり、前記第２のポートは、基準圧力で流体によってフィードされる基準ポートである、請求項１２に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１４】
前記第１のポートは、前記第１の本体の第１の壁上にあり、前記第１の本体の残りの壁は、中実壁である、請求項１１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１５】
前記第２のポートは、前記第２の本体の第１の壁上にあり、前記第２の本体の残りの壁は、中実壁である、請求項１１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１６】
前記マイクロ圧力センサは、静電容量測定回路に結合されている、請求項１１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１７】
前記第１および第２の膜と対応する電極とは、前記第１および第２の膜の可撓性に影響を及ぼすようにパターン化されている、請求項１１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１８】
前記第１および第２の膜の前記可撓性に影響を及ぼすためのパターンは、膜材料におけるチャネルと、前記電極としての蛇行導体とを含む、請求項１１に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１９】
マイクロ圧力センサであって、前記マイクロ圧力センサは、
チャンバを画定する複数の壁を有する本体と、
複数の膜であって、各々は、その表面を覆う対応する電極層を有し、前記複数の膜は、前記チャンバ内に配置され、前記チャンバ内に複数の区画を形成する前記本体の前記複数の壁のうちの２つの間に定着されている、複数の膜と、
前記複数の区画の第１の組に結合された入口の組であって、前記入口の組は、前記本体の前記複数の壁のうちの第１のものの対応する部分に配置され、前記本体の複数の壁のうちの残りの壁は、前記本体の中実部分である、入口の組と、
前記複数の区画の第２の異なる組に結合された出口の組と
を備え、
前記出口の組は、前記本体の前記複数の壁のうちの別のものの対応する部分に配置され、
前記本体の複数の壁のうち、前記本体の複数の壁のうちの第１のものと、前記壁のうちの前記別のものを除外した残りの壁とは、前記本体の中実部分である、マイクロ圧力センサ。
【請求項２０】
マイクロ圧力センサを製造する方法であって、前記方法は、
第１のシートをパターン化し、可撓性プラスチック材料の前記第１のシートから第１の本体要素を生成することであって、前記本体要素は、前記本体要素の第１の壁内にポートを有し、前記本体要素の残りの壁は、中実壁であり、前記第１の壁と残りの壁とは、チャンバを画定する、ことと、
伝導性電極材料を支持する可撓性プラスチック材料の第２のシートを前記第１のシートに積層し、複合積層構造を提供することと
を含む、方法。
【請求項２１】
前記第２のシート上の前記伝導性層をパターン化し、前記伝導性層の分離された領域を提供することをさらに含み、前記分離された領域は、電極を前記第２のシート上に提供する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記複合積層構造を前記本体要素を備えている個々のダイにダイカットすることと、
スタックの対向側面上にあるように前記ポートを交互にすることによって、前記個々のダイをスタックし、スタックされた構造を生成することと、
前記スタックされた構造を積層し、微小電気機械システムの構成要素を生成することと
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記シートの可撓性に影響を及ぼすように前記シートを機械加工することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の本体要素を生成するための前記第１のシートは、可撓性プラスチック材料のロールからフィードされる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
本願は、米国仮特許出願第６２／３７１，３６１号（２０１６年８月５日出願、名称「Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」）および米国特許出願第１５／６６８，８３７号（２０１７年８月４日出願、名称「Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」）に対する米国特許法§１１９（ｅ）に基づく優先権を主張し、上記出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本明細書は、圧力センサデバイスおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
圧力センサは、圧力、すなわち、流体によって及ぼされる力を検出または測定し、力は、流体が拡張することを阻止するために必要な力である。典型的な圧力センサは、センサに及ぼされる圧力の関数としての電気信号を生成する。圧力センサは、種々の制御および監視用途において使用され、流体流、流体速度、ならびに高度等の他の物理的数量を間接的に測定するために使用されることができる。
【０００４】
圧力センサは、種々の技法を使用して製作され、それらの各々は、性能、用途好適性、およびコスト考慮に従って使用を見出す。圧力センサのタイプの中で、圧力センサの１つのタイプは、力収集器タイプである。力収集器タイプは、（ダイヤフラム、ピストン等の）力収集器を使用し、力収集器に加えられる力から結果として生じる歪み（または偏向）を測定する。力収集器のタイプは、ピエゾ抵抗効果を使用し、加えられる圧力に起因する歪みを検出するピエゾ抵抗歪みゲージタイプと、石英、あるセラミック、およびあるポリマー等のある材料内に見出される圧電効果を使用する、圧電タイプとを含む。
【０００５】
別のタイプは、ダイヤフラムおよび圧力空洞を使用し、可変コンデンサを作成し、加えられる圧力に起因する歪みを検出する静電容量タイプである。一般的な技術は、金属、セラミック、およびシリコンダイヤフラムを使用する。そのようなセンサは、シリコンＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技法を使用して製作されることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ある側面によると、マイクロ圧力センサは、チャンバを画定する対の対向壁を有する本体と、各々がその表面を覆う対応する電極層を有する複数の膜であって、複数の膜は、チャンバ内に配置され、本体の対向壁の間に定着され、チャンバ内に複数の区画を提供する、複数の膜と、複数の区画の第１の組に結合された第１の組のポートであって、第１の組のポートは、本体の対の対向壁のうちの第１のものの対応する部分に配置され、本体の対の対向壁のうちの第２のものは、本体の中実部分である、第１の組のポートと、複数の区画の第２の異なる組に結合された第２の組のポートであって、第２の組のポートは、本体の対の対向壁のうちの第２のものの対応する部分に配置され、本体の対の壁のうちの第１のものは、本体の中実部分である、第２の組のポートとを含む。
【０００７】
上記の側面は、本体に接続され、チャンバを閉じ込める対の端部キャップをさらに含むマイクロ圧力センサの１つ以上のものを含み得る。マイクロ圧力センサは、源圧力で流体源に結合されるように構成される入口として、第１の組のポートと、基準圧力に結合されるように構成される出口として、第２の組のポートとを有する。マイクロ圧力センサは、電気的に接続される複数の膜の第１の組と、電気的に接続される複数の膜の第２の組とを有する。第１の組のポートの各ポートおよび第２の組のポートにおける各ポートは、それぞれの第１の組のポートおよび第２の組のポートのうちの直前のものに対して互い違いにされるマイクロ圧力センサ。マイクロ圧力センサは、静電容量測定回路に結合される、マイクロ圧力センサ。コントローラが、測定された静電容量を圧力に変換する、マイクロ圧力センサ。マイクロ圧力センサは、ある圧力の流体流によって駆動されるように構成され、入口である第１の組のポートの中に向かわせられる流体は、チャンバ内に配置される複数の膜を流体流圧力と出口である第２の組のポートに加えられた基準圧力との間の圧力差に従って曲げる、マイクロ圧力センサ。第１の組のポートから外へのある圧力における流体流は、流体流圧力が基準圧力より低いアンダー圧力モードに対して、第１のポートのうちの１つに結合される複数の区画の第１のものが収縮することを引き起こし、複数の区画のうちの１つに隣接する少なくとも１つの区画が実質的に同時に拡張することを引き起こす、マイクロ圧力センサ。第１の組のポートの中へのある圧力における流体流は、流体圧力が基準圧力より高いオーバー圧力モードに対して、第１のポートのうちの１つに結合される複数の区画の第１のものが拡張することを引き起こし、複数の区画のうちの１つに隣接する少なくとも１つの区画が実質的に同時に収縮することを引き起こす、マイクロ圧力センサ。
【０００８】
追加の側面によると、マイクロ圧力センサは、第１の区画を画定し、第１の本体の壁内に画定された第１のポートを有する第１の本体と、第１の本体の表面に取り付けられた第１の膜と、第１の膜の主要面上の第１の電気的伝導性電極とを含む第１のマイクロ圧力センサモジュールと、第１のマイクロ圧力センサモジュールと積み重ねて配列された第２のマイクロ圧力センサモジュールであって、第２の区画を画定し、第２の本体の壁内に画定された第２のポートを有する第２の本体と、第２の本体の表面に取り付けられた第２の膜と、第２の膜の主要面上の第２の電気的伝導性電極とを含み、第１の膜および第１の本体と組み合わせられた第２の膜は、第１の区画を封入する、第２のマイクロ圧力センサモジュールとを含む。
【０００９】
上記の側面は、第１のマイクロ圧力センサモジュールおよび第２のマイクロ圧力センサモジュールを伴うスタック内に配列された第３のマイクロ圧力センサモジュールであって、第３のマイクロ圧力センサモジュールは、第３の本体内に第３のポートを有する第３の本体と、第３の区画を画定し、第３の本体の壁内に画定された第３のポートを有する、第３の本体と、第３の本体の表面に取り付けられた第３の膜と、第３の膜の主要面上の第３の電気的伝導性電極とを含み、第２の膜および第２の本体と組み合わせられた第３の膜は、第２の区画を封入する、第３のマイクロ圧力センサモジュールを含み得る。
【００１０】
マイクロ圧力センサは、源圧力で流体によってフィードされる源ポートとしての第１および第３のポートと、基準圧力で流体によってフィードされる基準ポートとしての第２のポートとを有する。マイクロ圧力センサは、第１の本体の第１の壁上にある第１のポートを有し、第１の本体の残りの壁は、中実壁である。マイクロ圧力センサは、第２の本体の第１の壁上にある第２のポートを有し、第２の本体の残りの壁は、中実壁である。マイクロ圧力センサは、静電容量測定回路に結合される。マイクロ圧力センサは、第１および第２の膜と、第１および第２の膜の可撓性に影響を及ぼすようにパターン化されている対応する電極とを有する。第１および第２の膜の可撓性に影響を及ぼすためのパターンは、膜材料におけるチャネルと、電極としての蛇行導体とを含む、マイクロ圧力センサ。
【００１１】
追加の側面によると、マイクロ圧力センサは、チャンバを画定する複数の壁を有する本体と、各々がその表面を覆う対応する電極層を有する複数の膜であって、複数の膜は、チャンバ内に配置され、チャンバ内に複数の区画を形成する本体の複数の壁のうちの２つの間に定着されている、複数の膜と、複数の区画の第１の組に結合された入口の組であって、入口の組は、本体の複数の壁のうちの第１のものの対応する部分に配置され、本体の複数の壁のうちの残りの壁は、本体の中実部分である、入口の組と、複数の区画の第２の異なる組に結合された出口の組であって、出口の組は、本体の複数の壁のうちの別のものの対応する部分に配置され、体の複数の壁のうち、本体の複数の壁のうちの第１のものと、壁のうちの別のものを除外した残りの壁とは、本体の中実部分である、出口の組とを含む。
【００１２】
追加の側面によると、マイクロ圧力センサを製造する方法は、第１のシートをパターン化し、可撓性プラスチック材料の第１のシートから第１の本体要素を生成することであって、本体要素は、本体要素の第１の壁内にポートを有し、本体要素の残りの壁は、中実壁であり、第１の壁と残りの壁とは、チャンバを画定する、ことと、伝導性電極材料を支持する可撓性プラスチック材料の第２のシートを第１のシートに積層し、複合積層構造を提供することとを含む。
【００１３】
上記の側面は、以下のうちの１つ以上のものを含み得る。
【００１４】
方法は、第２のシート上の伝導性層をパターン化し、電極を第２のシート上に提供する伝導性層の分離された領域を提供することをさらに含む。方法は、複合積層構造を本体要素を備えている個々のダイにダイカットすることと、スタックの対向側面上にあるようにポートを交互にすることによって、個々のダイをスタックし、スタックされた構造を生成することと、スタックされた構造を積層し、微小電気機械システムの構成要素を生成することとをさらに含む。方法は、シートの可撓性に影響を及ぼすようにシートを機械加工することをさらに含む。第１の本体要素を生成するための第１のシートは、可撓性プラスチック材料のロールからフィードされる、方法。
【００１５】
本明細書に説明されるマイクロ圧力センサは、微細加工方法を使用して作製されることができ、種々の産業用、医療用、および生物学的用途に関する圧力感知を実施するために使用されることができる。以下に説明されるマイクロ圧力センサは、合理的に安価な技法を使用して製作され、したがって、種々の用途のために安価なマイクロ圧力センサを提供することができる。
【００１６】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細が、付随の図面および以下の説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明ならびに図面および請求項から明白である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１−３は、休止位置、オーバー圧力モード、およびアンダー圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示すマイクロ圧力センサの概略機能断面図である。
【図２】図１−３は、休止位置、オーバー圧力モード、およびアンダー圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示すマイクロ圧力センサの概略機能断面図である。
【図３】図１−３は、休止位置、オーバー圧力モード、およびアンダー圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示すマイクロ圧力センサの概略機能断面図である。
【図４】図４は、図１−３に説明される概念に基づくモジュール式マイクロ圧力センサの組み立てられた状態の等角図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４のモジュール式マイクロ圧力センサ内で使用される本体層またはフレームの等角分解図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図４のモジュール式マイクロ圧力センサ内で使用されるモジュール層、または反復可能な複合物層の分解等角図である。
【図６】図６は、モジュール層、または反復可能な複合物層の等角図である。
【図７】図７は、モジュールおよび端部キャップの等角分解図である。
【図８】図８は、静電容量対膜分離および圧力を示す表である。
【図９】図９は、圧力対静電容量のプロットである。
【図１０】図１０は、静電容量対圧力および膜分離対圧力のプロットである。
【図１１】図１１は、ロール・ツー・ロール処理構成の概念図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図６の構造のための例示的ロール・ツー・ロール処理ステーションの一部の概念図である。
【図１２Ａ】図１２Ａ−１２Ｃは、図６の構造のためのロール・ツー・ロール処理の図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａ−１２Ｃは、図６の構造のためのロール・ツー・ロール処理の図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａ−１２Ｃは、図６の構造のためのロール・ツー・ロール処理の図である。
【図１３】図１３Ａ−１３Ｂは、ビア導体の詳細を描写する図である。
【図１４Ａ】図１４Ａ−１４Ｂは、膜の機械的性質に影響を及ぼすための１つの技法を描写する図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａ−１４Ｂは、膜の機械的性質に影響を及ぼすための１つの技法を描写する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（概要）
本明細書に説明されるマイクロ圧力センサは、微細加工方法を使用して作製されることができ、種々の産業用、商業用、医療用、および生物学的用途において圧力を感知するために使用されることができる。マイクロ圧力センサは、ミクロン／ミリメートル規模で製作される。いくつかの製作技法が、開示される。
【００１９】
（マイクロ圧力センサ）
図１を参照すると、マイクロ圧力センサ１０は、単一の区画に分けられた圧力センサチャンバ２０を含む。マイクロ圧力センサ１０は、センサ本体１１も含み、センサ本体１１は、流体流方向に沿った２つの壁１３ａ、１３ｂと、２つの壁、例えば、２つの固定された端部壁（すなわち、端部キャップ）１６ａ、１６ｂと直交する正面および背面壁（図１−４の図に示さず）とを有し、端部壁１６ａ、１６ｂは、流体流方向と垂直方向に沿って互いに対向している。壁１３ａ、１３ｂ、１６ａ、１６ｂ、および前面ならびに背面壁は、単一チャンバ２０を画定する。単一チャンバ２０は、膜層（膜）１８ａ−１８ｆによって区画に分けられる。膜１８ａ−１８ｆは、２つの端部壁１６ａ、１６ｂ間、かつ、正面壁と背面壁との間に定着される。膜１８ａ−１８ｆは、壁から壁に延び、チャンバ２０を複数の区画２１ａ−２１ｇに分離する。
【００２０】
第１の組のポート１２ａ−１２ｃは、それぞれ、区画２１ｂ、２１ｄ、および２１ｆの各々の中への流体アクセスのために、壁１３ａを通して配置される。第２の組のポート１４ａ−１４ｄは、それぞれ、区画２１ａ、２１ｃ、２１ｅ、および２１ｇの各々の中への流体アクセスのために、壁１３ｂを通して配置される。この実装では、各区画２１ａ−２１ｂは、それぞれの壁内で画定される第１の組のポート１２ａ−１２ｃまたは第２の組のポート１４ａ−１４ｄのいずれか一方からのポートを含むが、両方からのポートではない。例えば、区画２１ａは、壁１３ｂ内にポート１４ａを含むのに対し、区画２１ａの領域における壁１３ａは、中実であり、いかなる開口部も有していない。
【００２１】
図１では、ポートが、対向する側面上に示される。対向する側面上にあるポートは、いくつかの実施形態では望ましいが、要求されない。他の実施形態では、ポートは、入口として働くポート（すなわち、入口ポート）は、出口として働くポート（すなわち、出口ポート）から分離されるならば（そのようなポートが、その圧力が測定されかつ基準である流体を提供する異なる容器に結合されることによって）、隣接する側面上に、または実際には同一側面上に存在することができる。区画は、１つの入口または１つの出口を有するが、両方ではないであろう。
【００２２】
図１に示されるように、区画２１ｂの領域における壁１３ａ内にポート１２ａを有し、壁１３ｂが中実壁である隣接する区画２１ｂに対して示されるもの等、一方の端部における中実壁と、対向する端部における第１の組のポートの第１のものまたは第２の組のポートの第１のものとのこの配列は、交互にされる。
【００２３】
区画２１ａ−２１ｇは、互いから流体シールされる。マイクロ圧力センサ１０の両端部における２つの区画２１ａおよび２１ｇは、本体の固定壁１６ａ、１６ｂと対応する膜とによって提供される壁を有する。区画間の中間区画２１ｂ−２１ｆは、２つの隣接する膜によって提供される壁を有し、マイクロ圧力センサ１０は、少なくとも１つの、概して、多くの中間区画を有し、それらの中間区画壁の各々は、２つの膜１８ａ−１８ｆによって提供される。マイクロ圧力センサ１０は、図１に図示されるような休止位置からの圧力における変化を感知することができる。例えば、典型的には、ガス、またはいくつかの事例では、液体の流体圧力における変化が、検出され、マイクロ圧力センサ１０は、材料を用いて構成され、材料の選択は、マイクロ圧力センサ１０が圧力を感知するように構成されるであろうその材料のタイプと、マイクロ圧力センサ１０が好適な感度を有するであろう圧力の範囲とを考慮する。
【００２４】
下で議論される実装では、圧力は、周囲空気の周囲圧力に対するものである。しかしかしながら、他の基準も、使用され得る。さらに、６つの膜１８ａ−１８ｆが、図に示されるが、マイクロ圧力センサ１０チャンバ２０は、各区画がモジュールと考えられることができるので（図４−６）、追加の膜を有する追加の中間区画を伴って拡張されることができ、マイクロ圧力センサ１０は、さらに下で説明されるように、そのようなモジュールのスタックから形成される。
【００２５】
各膜１８ａ−１８ｆは、膜１８ａ−１８ｆの主要面にわたって取り付けられる電極（図１に明示的に図示せず）を有する。電極は、採用される静電容量測定回路のタイプに従って電圧を電極に送達する、静電容量測定回路（図２、３参照）に接続される。静電容量測定回路のいくつかの例では、ＡＣ波形が、使用されることができ、静電容量が、周波数ドメイン技法を使用して測定される。静電容量測定回路の他の例では、ＤＣ波形が、使用され、時間ドメイン技法を使用して静電容量を測定する。
【００２６】
外部の流体が、基準圧力と同じ圧力においてマイクロ圧力センサ１０にフィードされるとき、膜１８ａ−１８ｆ、したがって、電極は、曲げられず、膜／電極は、図１に示されるもの等の、名目上の休止（静止）位置に存在する。休止状態の各膜１８ａ−１８ｆは、端部壁１６ａ、１６ｂに実質的に平行であり、区画２１ａ−２１ｇは、同じ名目上の体積Ｖｉを有し得、膜１８ａ−１８ｆは、この実装では、等距離（壁部分の厚さ）によって分離されている。
【００２７】
作動させられると、圧力が加えられることによって、膜１８ａ−１８ｆ、したがって、電極は、曲がり、それぞれの区画の体積、より具体的には、そのような膜１８ａ−１８ｆ上の対の電極を分離する距離を変化させる。対の電極を分離する距離におけるこれらの変化は、図２、３の１８ａ、１８ｂに対して示されるように、対の隣接する電極間の静電容量における変化をもたらす。
【００２８】
体積の変化は、圧力変化を表すための代替の方法と考えられることができる。コンデンサが、事実上、それぞれの区画から提供される距離によって分離される対の隣接する膜上の対の電極の組み合わせによって提供される。そのような有効なコンデンサの静電容量特性は、対の隣接する膜、区画内の流体の誘電性、電極の面積、および電極を分離する距離のうちの１つによって提供される誘電率によって決定され、それは、例えば、概して、少なくとも以下のように与えられる平行板コンデンサに対する公式によって近似される：
Ｃ＝εｒε０Ａ／ｄ
式中、Ｃは、静電容量（ファラッド）であり、
Ａは、２つの電極の重複面積（平方メートル）であり、
εｒは、電極間の材料の誘電率（膜および流体の誘電率の合計）であり、
ε０は、電気定数（ε０≒８．８５４×１０−１２  Ｆ・ｍ−１）であり、
ｄは、プレート間の分離（メートル）であり、
ｄは、最小のＡの弦に対して実質的に小さい。
【００２９】
静電容量測定回路の一部であるか、または別個の回路であるコントローラ（図２、３参照）は、テーブル／アルゴリズムを参照し、測定される静電容量の単位を圧力の単位に変換する。休止状態である間にマイクロセンサ１０によって提供されるバルク静電容量にわたるそのような静電容量の変化を測定かつ検出するために、多くの技法が、使用され得る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、その名目上の位置における２つの膜１８ａ−１８ｂの間の距離は、約５０ミクロンである。いくつかの実装では、区画２１ａ−２１ｇの各々は、同様の名目上の体積Ｖｅを有する。そのような実装では、その名目上の位置における膜１８ａと端部壁１６ａとの間、またはその名目上の位置における膜１８ｆと端部壁１６ｂとの間の距離は、約５０ミクロンである。区画２１ａ−２１ｇは、異なるサイズを有することもできる。サイズは、例えば、製造、電力消費、および用途考慮に基づいて選定されることができる。例として、マイクロ圧力センサ１０は、長さ約１．５ｍｍ、幅約１．５ｍｍ、総高さ（異なる区画の累積高さ）０．０５ｍｍ、および総体積約０．１１２５ｍｍ３を有することができる。他の構成も、可能である。
【００３１】
類似目的のために使用される従来の圧力センサと比較して、マイクロ圧力センサ１０は、より少ない材料を使用し得、したがって、より小さい応力を受ける。マイクロ圧力センサ１０は、ミクロン〜ミリメートル規模のサイズを有し、広範囲の圧力測定を提供することができる。
【００３２】
説明されるマイクロ圧力センサ１０は、静電容量タイプのセンサである。感知は、マイクロ圧力センサ１０のチャンバ２０内の流体オーバー圧力および流体アンダー圧力の２つの交互する動作のうちのいずれかにおいて生じる。
【００３３】
流体源２６からのオーバー圧力（出口として働くポート１４ａ−１４ｄにおける基準と比較した入口として働くポート１２ａ、１２ｂ、および１２ｃにより高い圧力）が加えられることを伴う図２を参照すると、端部区画２１ａおよび２１ｇは、中間区画２２ｃ、２１ｅがそうであるように、圧縮されて示される。圧縮は、膜１８ａ、１８ｆがそれぞれの端部壁１６ａ、１６ｂに向かって移動するとき、端部区画２１ａ、２１ｇ内で生じ、隣接する膜１８ｂ、１８ｃおよび１８ｄ、１８ｅが互いに向かって移動し、それらの区画２２ｃ、２２ｅからの空気の立ち退きに起因して隣接する区画２２ｃ、２１ｅの空間を占めるとき、中間区画２２ｃ、２１ｅに対して生じる。これらの膜１８ａ−１８ｆの移動は、それぞれの端部区画２１ａ、２１ｇおよび中間区画２１ｃ、２１ｅの体積を低減させ、それらの区画から周囲（または基準）中に流体（ガスもしくは液体）を排出する。それらの区画の圧縮と同時に、それぞれの膜の組１８ａ、１８ｂ；１８ｃ、１８ｄ；および１８ｅ、１８ｆが互いから離れるように移動し、それぞれの区画体積を拡張させると、（全て中間区画である）隣接する区画２１ｂ、２１ｄ、２１ｆは、オーバーに加圧される。
【００３４】
オーバー圧力動作（図２）では、チャンバ２０の中への入口１２ａ−１２ｃが、基準圧力（この場合、周囲圧力）より高い圧力下で流体をフィードされ、示されるように、膜１８ａ−１８ｆを曲げる。すなわち、流体が（入口ポートとして働く）ポート１２ａの中にフィードされるとき、区画２１ｂを画定する隣接する膜１８ａ、１８ｂが、隣接する区画２１ａおよび２１ｃに向かって互いから離れるように曲がり、または変形し、それらの区画２１ａ、２１ｃから（出力ポートとして働く）ポート１４ａ、１４ｂを通して周囲の中に空気を変位させる。同様に、他の膜も同様に、圧力における流体が残りのポート１２ｂ、１２ｃの中に導入されることに応答して、曲がり、またはたわむであろう。
【００３５】
ここで、出口として働くポートにおける基準と比較して、入口として働くポート１２ａ−１２ｃにおけるアンダー圧力（基準より低い圧力、例えば、真空圧力に至るまでのより低い圧力）における図３を参照すると、端部区画２１ａ、２１ｇは、中間区画２１ｃおよび２１ｄがそうであるように拡張されて示される。拡張は、膜１８ａ、１８ｆが端部壁１６ａ、１６ｂから離れるように移動するとき、端部区画１２ａ、２１ｇ内で生じ、隣接する膜１８ｂ、１８ｃ、および１８が互いから離れるように移動するとき、区画２１ｃ、２１ｄに対して生じる。これらの膜の移動は、周囲または基準に結合される区画の中への流体（ガスもしくは液体）の充填に起因して、それぞれの端部区画２１ａ、２１ｇおよび中間区画２１ｃ、２１ｄの体積を増加させる。それらの区画の拡張と同時に、それぞれの膜の組が互いに向かって移動し、それぞれの区画体積を低減させると、（全て中間区画である）隣接する区画２１ｂ、２１ｄ、および２１ｆが、排出される。
【００３６】
アンダー圧力動作（図３）では、チャンバ２０へのポート１２ａ−１２ｃが、基準圧力（この場合、周囲圧力）より低い圧力にある流体源２７に結合され、示されるように、膜を曲げる。すなわち、流体がアンダー圧力においてポート１２ａの中にフィードされるとき、区画２１ｂを画定する隣接する膜１８ａ、１８ｂが、隣接する区画２１ａおよび２１ｃから離れるように互いに向かって曲がり、または変形し、周囲空気に、周囲からポート１４ａ、１４ｂを通してそれらの区画２１ａ、２１ｃに進入させる。同様に、他の膜１８ｃ、１８ｄおよび１８ｅ、１８ｆも同様に、アンダー圧力における流体が残りのポート１２ｂ、１２ｃの中に導入されることに応答して、ポート１４ｃ−１４ｄを通して区画２１ｅ、２１ｇに進入する周囲によって、互いに向かって曲がるか、またはたわむであろう。
【００３７】
ポートに加えられたオーバー圧力またはアンダー圧力の除去は、マイクロ圧力センサ１０を図１の名目上の状態に戻す。
【００３８】
上で議論されるマイクロ圧力センサ１０は、したがって、複数の膜１８ａ−１８ｆを備え、複数の膜の各々は、２つの固定壁１３ａ、１３ｂの間、かつ、それらの図に示されない２つの固定壁の間に定着されている。固定壁１３ａ、１３ｂおよび描写されない壁は、対の隣接する膜によって分離される複数の区画を形成する本体層である。区画の最初および最終のものは、膜と本体の端部キャップの一部である固定壁とによって形成されるが、中間区画は、対の隣接する膜によって提供される。
【００３９】
同じマイクロ圧力センサ１０の２つの動作可能な状態を示す図２および３の比較は、第１のモードにおいて、基準より高い圧力が測定され、第２のモードにおいて、基準より低い圧力が測定されることを示す。すなわち、作動されると、区画の各膜は、中心、すなわち、膜が作動されていないとき休止する中心の名目上の場所に対して２つの対向方向に移動することができる。
【００４０】
マイクロ圧力センサ１０の膜上の電極（図１−３に明示的に示さず）は、静電容量測定回路３２に並列に接続される。誘電性（区画内の膜材料および空気の誘電性）によって分離される電極を伴う２つの膜の組み合わせは、コンデンサを形成する。これらの「コンデンサ」の静電容量は、従来の静電容量測定回路３２を介して測定されることができる。測定される静電容量と圧力との間の相関が、コントローラ３４等によって提供されることができる。種々の実装が、可能である。
【００４１】
前述の特徴を有するマイクロ圧力センサが、ＭＥＭＳ製作技法およびいわゆるロール・ツー・ロール（Ｒ２Ｒ）処理等の種々の方法を使用して製造されることができる。マイクロ圧力センサ１０のための材料は、マイクロ圧力センサ１０によって提供され得る特徴およびマイクロ圧力センサ１０の製造方法に基づいて選定される。下記は、マイクロ圧力センサ１０の異なる部品の材料を選定するためのいくつかの基準である。
【００４２】
センサ本体：本体のために使用される材料は、要件によって定義され得る。概して、材料は、区画体積を生成するように、その形状を保持するために十分に強固または堅固である必要がある。いくつかの実施形態では、材料は、その特徴が画定および機械加工／現像され得るように、エッチング可能または感光性である。時として、材料が、センサ内の他の材料と良好に相互作用する、例えば、接着することも望ましい。さらに、材料は、非導電性である。好適な材料の例として、ＳＵ８（ネガ型エポキシレジスト）およびＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）レジストが、挙げられる。
【００４３】
膜：流体をチャンバ内に充填かつ排出する太鼓のような構造を形成する。したがって、材料は、所望の距離にわたって前後に曲がり、または伸展し、弾性特性を有することが要求される。膜材料は、ガスおよび液体を含む着目流体に対して不浸透性であり、非導電性であり、低いまたは高い破壊電圧特性の一方を有し得る。好適な材料の例として、窒化ケイ素およびＴｅｆｌｏｎ（登録商標）が、挙げられる。他のものも、可能である。
【００４４】
電極：電極の材料は、導電性である。電極は、有意な量の電流を伝導しないので、材料は、高い電気シート抵抗を有し得るが、高抵抗特徴は、必ずしも望ましくない。電極は、膜に伴って曲がりおよび伸展を被り、したがって、材料は、疲労ならびに故障を伴わずに、曲がりおよび伸展に対処するために柔軟であることが望ましい。加えて、電極材料および膜材料は、良好に接着し、例えば、動作条件下、互いから剥離しない。好適な材料の例として、非常に薄い層の金および白金が、挙げられる。他のものも、可能である。
【００４５】
電気相互接続：静電容量測定回路からの電圧は、各区画の各膜上の電極に伝導される。これらの電極への導電性経路は、例えば、金および白金等の導電材料を使用して構築されることができる。
【００４６】
他の材料：ＭＥＭＳ加工がマイクロセンサの製造において使用されるとき、犠牲充填材料、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が、使用されることができる。犠牲充填材料は、Ｒ２Ｒ製作においても使用され得る。いくつかの実装では、溶媒が、製造プロセスにおいて使用され、追加の要件をマイクロ圧力センサの種々の構築材料上に課し得る。電気の回路構成要素のいくつかを膜上に印刷することが、可能であり得る。概して、ある材料が上で規定されたが、言及された同様の性質を有する他の材料も、使用され得る。
【００４７】
ここで、図４−７を参照すると、種々の製作の段階において、モジュール化され、スタックされたマイクロ圧力センサ５０が、示される。このモジュール式のスタックされたマイクロ圧力センサ５０は、上で議論されるマイクロ圧力センサ１０のモジュール式実装である。
【００４８】
図４を参照すると、モジュール化され、スタックされたマイクロ圧力センサ５０は、スタックされたマイクロ圧力センサの中間区画を形成するためのスタックされたマイクロ圧力センサモジュール層５２と、端部キャップ層（５４ａ、５４ｂ）とを備えている。端部キャップ５４ａ、５４ｂは、（図１−３の壁１３ａ、１３ｂと同様の）固定された壁を形成する。モジュール層は、互いの上にスタックされ、中間の電極／膜層を提供する。各モジュール層５２（本明細書では反復可能な複合物層とも称される）は、ここでは４つの壁のうちの１つに開口部５６を有する。モジュール層は、交互にされ、本体層に対する図５に示されるように、１つの層５２内の開口部５６は、隣接するモジュール層における開口部を有する側面と正反対のスタックされたマイクロ圧力センサの側面上にある。
【００４９】
ここで、図５Ａを参照すると、概して、複数の本体層６０が、示される（最初の６０ａ−６０ｄのみが、言及されている）。各本体層６０は、開口部６４を包囲する４つの壁６２ａ−６２ｄを有する。２つの並列な壁、例えば、６２ａ、６２ｃに沿って、下で議論されるように、膜（両方とも図５に示さず）上に配置される電極との選択的電気接点を作製するために使用されるであろう開口６３が、配置される。本体層６０は、端部キャップ５４ａ、５４ｂ（図４）間に、モジュール化され、スタックされたマイクロ圧力センサ５０の本体の中間部分を形成する。複数の本体層６０の図が、複数の本体層６０ａ−６０ｄの隣接するものにおけるポート６６ａ−６６ｄの互い違いまたは配列を示すために提供される。本体層６０ａが、壁６２ｂの第１の側面上にそのポート６６ａを有するのに対し、隣接する本体層６０ａは、壁６２ｄの第１の側面上にそのポート６６ｂを有する。次の本体層６０ｃが、壁６２ｂの第２の側面上にそのポート６６ｃを有するのに対し、隣接する本体層６０ｄは、壁６２ｄの第２の側面上にそのポート６６ｄを有する。
【００５０】
ここで、図５Ｂを参照すると、概して、各々が膜７４および電極７２（モジュール５２の最初のものに対して言及されている）を支持する複数のモジュール５２が、示される。膜７４が、対応する本体層の壁６２ａ−６２ｄに付着され、２つの並列な壁、例えば、６２ａ、６２ｃに沿って、タブ７５を介して電極７２と選択的電気接点を作製するために使用される開口６３が、配置される。図５Ｂには、モジュール６０ａ−６０ｄの隣接するものにおけるポート６６ａ−６６ｄの互い違いまたは配列と、タブ７５を通したビアを使用した電極の接続の互い違いとが、示される。
【００５１】
ここで、図６を参照すると、例示的モジュール層５２が、示される。モジュール層５２は、この例では、（想像線で示される）開口部６６ａを有し、導電材料７０で充填されて示される開口６３を有する本体層６０ａを含む。（上で言及されたような）電極７２が、本体層６０ｂの壁６２ａ−６２ｄに付着された膜層７４にわたって配置される。電極７２は、開口６３を通して導電材料７０を追加することによって形成される導電性ビアを通してスタックされたマイクロ圧力センサ本体の外部にある静電容量測定回路に接続されるべき導線またはタブ７５を含む。単一の開口部６６を伴う本体層６０、膜７４、および電極７２の組み合わせが、スタック可能であるモジュール層５２を提供する。１つのモジュール層５２を別のモジュール層５２の上にスタックすることは、それらの間に区画２１ｂ−２１ｆ（図２−３）うちの１つを形成する。
【００５２】
マイクロ圧力センサ５０の各膜７４は、その中心の名目上の位置に対して２つの正反対の方向に移動する。故に、電極７２の対の間の距離を拡張または低減させ、したがって、静電容量を増加または減少させるために、膜７４は、例えば、２つのモジュール層５２をスタックすることによって提供される区画の距離（高さ）より少ない距離、例えば、その半分進行する。結果として、膜７４は、より少ない曲がりおよびより少ない応力を経験し、より長い寿命をもたらし、材料のより多くの選択肢を可能にする。加えて、膜７４の各々は、１つの電極７２のみを支持するので、電極７４によって形成されるコンデンサが並列に接続されるように、これらの膜上の電極７４上で感知されている静電容量は、接続されることができる。並列に接続されるコンデンサは、静電容量を加算する。したがって、膜および並列の対の電極によって形成されるコンデンサを接続することによって、全体的な構造は、より高い静電容量を有し、したがって、下に示されるように、単一の膜と対の電極とによって形成される単一のコンデンサと比較して、より大きい感度を有するであろう。
【００５３】
膜７４、端部キャップ５４ａ、５４ｂ（図４）、および本体層６０は、同一寸法を有することができ、電極７２は、膜７４または他の要素より小さい寸法を有することができる。いくつかの実装では、膜７４は、約数ミクロン×数ミクロン〜約数ミリメートル×数ミリメートルの寸法と、約５ミクロンの厚さとを有する。本体６０は、約数ミクロン×数ミクロン〜約数ミリメートル×数ミリメートルの外寸と、約５０ミクロンの厚さと、約数ミクロン×数ミクロン〜約数ミリメートル×数ミリメートルの内寸とを有する。本体の厚さは、区画（図１の区画に類似）の名目上のサイズを定義する。電極は、本体の内寸に実質的に対応する、寸法を有する。いくつかの実装では、電極は、約２．２５ｍｍ２の表面積と、約０．０１ミクロン（１００オングストローム）の厚さとを有する。組み立てられたモジュール層が、図４に示された。
【００５４】
電極層の導線またはタブ７５は、電極を、必要な接続スキームに従って孔６３のうちの１つを通して提供されるビア６６を通して測定回路に接続する。各モジュール６０は、１つのタブ７５に接触する１つの孔６３を有する。４つのモジュールのスタックは、したがって、４つの孔の各々に接触するために使用される。したがって、示されるように、上部モジュール内の電極は、第１の孔に接触し、スタック内の第５のモジュール内の電極は、第１のモジュール内の孔の対応する場所内の孔に接触する。
【００５５】
電極７４は、他の要素に取り付けられ得る事前調製されるシートであり得る。電極７４は、例えば、印刷によってまたは下で議論される他の技法を用いてそれらの要素の上に直接形成されることができる。したがって、複数の、例えば、２つ、３つ、または任意の所望の数のモジュール層が、互いの上部上にスタックされ、モジュール化され、スタックされたマイクロ圧力センサ５０内に複数の中間区画を形成する。スタックにおいて、各膜は、本体によって分離され、各本体も、膜によって分離される。完全なモジュール化され、スタックされたマイクロ圧力センサを形成するために、端部キャップ５１ａ、５４ｂが、図１および図４に示されるように、モジュール上の端部キャップが、モジュール化され、スタックされたマイクロ圧力センサの２つの固定された端部壁を形成するように、モジュールのスタックの上部ならびに底部端部のそれぞれの上に設置される。
【００５６】
モジュール層スタックは、モジュール層、故に、並列に接続されたコンデンサとして見なされることができる。各個々のモジュール層の体積ＶｉまたはＶｅは、小さい。いくつかの実装では、スタック内の全層の総体積でさえ、比較的に小さい。いくつかの実装では、複数のスタックは、並列に接続され、総静電容量を増加させ得る。同様に、個々のマイクロ圧力センサの圧力取り扱い能力も、比較的に低い。スタック内に複数のモジュール層が存在する場合でも、層は、並列に接続されるので、スタックの総圧力を増加させない。
【００５７】
図７を参照すると、図１−３の区画と同様である図６の中間区画が、示されるように、本体層および電極を伴う対応する膜層を使用して形成される。図７では、端部キャップ５４ａが、モジュール５２の上に配置されて示される。
【００５８】
ここで、図８を参照すると、１モジュール層および７モジュール層のための静電容量の例示的な計算された値のテーブルが、示される。１モジュールおよび７モジュールマイクロ圧力センサに対するマイクロ圧力センサ５０の計算される静電容量値は、単位がピコファラドであり、距離（電極間の距離）および対応する圧力は、水柱センチメートルで表現される。５０ミクロン距離において、１つのコンデンサの静電容量（休止状態）は、０．３８ｐＦであり、７つのコンデンサに対して、２．６８ｐＦであり、０．００水柱センチメートルの圧力である。
【００５９】
図９および１０は、マイクロ圧力センサに対する例示的プロットを示し、図８は、１つならびに７つのモジュール（コンデンサ）に対する圧力（水柱センチメートル）対静電容量（ｐＦ）をプロットする。テーブルによっても示されるような７つのモジュールに関して、静電容量におけるより大きい範囲が、１つのコンデンサ（モジュール）に対する範囲の静電容量と比較して、同じ圧力範囲に対して提供される。図１０は、静電容量対圧力、および距離対圧力が、マイクロ圧力センサの動作範囲内で実質的に線形であることを示す。
【００６０】
（マイクロ圧力センサを生成するためのロール・ツー・ロール処理）
図１１、１１Ａを参照すると、ロール・ツー・ロール処理ライン１００の概念図が、図示される。処理ラインは、いくつかのステーション、例えば、（封入チャンバであるか、またはそれを含むことができる）ステーション１からステーションｎを備え、そこで、堆積、パターン化、および他の処理が生じる。したがって、処理は、大まかに見ると、追加的（欲する場所に材料を正確に追加すること）または除去的（欲しない位置における材料を除去すること）であることができる。堆積処理は、必要に応じて、蒸発、スパッタリング、および／または化学蒸着（ＣＶＤ）、ならびに印刷を含む。パターン化処理は、要件に応じて、パターン化される特徴の分解能に応じた走査レーザおよび電子ビームパターン生成、機械加工、光学リソグラフィ、グラビア印刷、ならびにフレキソ（オフセット）印刷等の技法を含むことができる。インクジェット印刷およびスクリーン印刷が、導体等の機能材料を加えるために使用されることができる。打抜、刻印、およびエンボス加工等の他の技法も、使用されることができる。
【００６１】
原未加工材料ロール１０２は、可撓性材料のウェブ１０４である。ロール・ツー・ロール処理では、可撓性材料のウェブは、任意のそのような材料であることができ、典型的には、ガラスまたはプラスチックもしくはステンレス鋼である。これらの材料（またはその他）のいずれも使用され得るが、プラスチックは、ガラスおよびステンレス鋼に対して、より低いコスト考慮の利点を有する。具体的な材料が、マイクロ圧力センサの用途に従って決定されるであろう。用途において、ステンレス鋼、または例えば、遭遇する温度に耐え得るＴｅｆｌｏｎ（登録商標）および他のプラスチック等の遭遇する温度に耐え得る他の材料等の材料が、使用されるであろう。
【００６２】
図１および４に示される構造のために、ロール・ツー・ロール処理ライン１００内のステーション１〜ｎが、要求される処理に従って設定される。したがって、端部キャップおよび上部キャップが、一実装ではウェブまたはプラスチックシート１０４上に形成され得るが、端部および上部キャップは、説明されるであろうように、マイクロ圧力センサスタックの形成後に提供される。
【００６３】
プラスチックウェブ（ウェブ）１０４は、その後にパターン化ステーションが続く堆積ステーションにおけるウェブ１０４上の材料の堆積によって本体（図４）を支持するために使用される。本体は、形成ステーション上に形成される。本体を有するウェブ１０４は、ステーションにおいて本体の上に堆積される膜を有する。堆積ステーションにおいて、電極が、膜の上に堆積され、それは、パターン化ステーションにおいてパターン化される。膜上に支持されたパターン化された電極を伴う膜シートが、本体上に提供される。各膜上の電極に接続するための電気配線が、伝導性材料、例えば、金、銀、および白金層（または銀インク等の伝導性インク等）を堆積することによって提供される。いくつかの実装では、電気回路構成要素のうちのいくつかは、膜上に印刷される。製作の完成時、ウェブが、巻き取られる（巻き取りロール１０６上に巻き戻される）。
【００６４】
マイクロモジュールユニット（本体、電極および電気接続を伴う膜）を有する巻き取りロール１０６が、ダイカットされ、マイクロモジュールユニットが、回収され、マイクロモジュールのスタックに組み立てられ、端部および上部キャップを含むことによってパッケージ化され、マイクロ圧力センサ図４を提供する。ウェブ上のユニットのレイアウトに応じて、モジュールユニットのウェブをユニットのスタックに折り重ねることが可能であり得、多くのユニットの膜層または全体層上に提供された電極は、ダイカットされパッケージ化される前、一緒に積層され、スタックを生成することができる。
【００６５】
膜材料は、所望の距離にわたって前後に曲がることまたは伸展することが要求され、したがって、弾性特性を有するべきである。膜材料は、ガスおよび液体を含む流体に不浸透性であり、非導電性であり、高破壊電圧を保有する。好適な材料の例として、窒化ケイ素およびＴｅｆｌｏｎ（登録商標）が挙げられる。
【００６６】
電極の材料は、導電性である。電極は、有意な電流を伝導しない。電極は、膜と共に曲がりおよび伸展を受け、したがって、材料は、疲労および破壊を伴わずに、曲がりおよび伸展に対処するために柔軟であることが望ましい。加えて、電極材料および膜材料は、良好に接着し、例えば、動作条件下、互いから剥離しない。好適な材料の例として、例えば、金、銀、および白金層（または銀インク等の伝導性インク等）が挙げられる。剥離材が、弁移動を可能にするために使用されることができる。好適な剥離材として、例えば、上で述べられる犠牲充填材料が挙げられる。
【００６７】
図１２Ａ−１２Ｂを参照すると、マイクロ圧力センサ（図４）を提供するための代替ロール・ツー・ロール処理アプローチ１２０が、示される。マイクロ圧力センサは、膜を有し、それは、動作時、曲がる。マイクロ圧力センサは、ロール・ツー・ロール処理を使用して製作され、材料の未加工シート１２２（または複数の未加工シート）が、特徴がシート（もしくは複数のシート）に適用されるように複数のステーションを通され、シート（または複数のシート）は、その後、巻き取られ、反復可能な複合物層（図４−７参照）の部分を形成し、究極的に、製作されたマイクロ圧力センサの複合物シートを生成する。
【００６８】
図１２Ａを参照すると、ガラスまたはプラスチックもしくはステンレス鋼等の可撓性材料のシート１２２が、ウェブとして使用される。マイクロ圧力センサの特定の実装のために、材料は、例えば、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）等のプラスチックシートである。シートは、ＰＥＴの５０ミクロン厚シートである。他の厚さも、使用され得る（例えば、シート１２２は、例えば、２５ミクロン〜２５０ミクロン（またはそれを上回る）の厚さを有し得る）。厚さは、マイクロ圧力センサの所望の性質およびロール・ツー・ロール処理ラインの取り扱い能力に基づく。これらの考慮は、最大厚さに基づく実践的限定を提供するであろう。同様に、最小厚さも、構築されるべきマイクロ圧力センサの所望される性質と、ロール・ツー・ロール処理ラインにおける非常に薄いシートを取り扱うための能力とに基礎を置かれる。
【００６９】
マイクロ圧力センサ１０、５０のために、層は、前述のように、本体のための約５０ミクロンと、マイクロ圧力センサの膜要素のための５ミクロンの厚さとを有するであろう。しかしながら、他の厚さも、可能である。シート１２２は、マスキングまたは直接書き込みを使用して微細製作され、レーザアブレーションステーション１２４を構成し、区画および整列孔（図示されないが、以下に議論されるであろう）を画定もしくは形成する。ビア孔も、電気接続のために提供される。微細加工は、プラスチックを切除し、本体のフレーム部分を残しながら区画を形成する。
【００７０】
ここで、図１２Ｂを参照すると、画定された区画を伴うシート１２２が、積層ステーションにおいて、第２のシート１２６、例えば、シートの上部表面上に１００ＡのＡｌの金属層を伴うＰＥＴの５ミクロン厚シートに積層される。第２のシート１２６は区画の画定された特徴によって提供される本体を覆って膜を形成する。第２のシート１２６は、整列孔（図示せず）も提供するように機械製作される。
【００７１】
第１のシート１２２への第２のシート１２６の積層に先立って、第２のシート１２６は、本体構造６０と整列するであろういくつかのエリアにわたって、いくつかの無作為に分散された孔または視認ポート（図示せず）も提供される。これらの無作為に分散された孔は、第１のシート上の本体ユニット６０の下にある特徴を明らかにするために、および認識するために、マシンビジョンシステムによって使用される。データは、無作為孔を通して第１のシート内に認識された特徴を記載することによって生成される。これらのデータは、本体６０を覆う層から電極を形成するとき、第３のアブレーションステーションを整列させるために使用されるであろう。
【００７２】
第２のシート１２６は、第１のシート１２２上にプラスチックがあり、かつ第２のシート１２６上にプラスチックがあるエリアにおいて第１のシート１２２に積層され、したがって、それに粘着（または接着）する。この時点で、マイクロ圧力センサの反復可能ユニット複合物シート１２８が、形成されるが、電極を伴わない。
【００７３】
マシンビジョンシステムは、データファイルを生成し、それは、レーザアブレーションステーションをマスク（または直接書刻）と整列させることにおいてレーザアブレーションシステムによって使用され、それによって、レーザアブレーションシステムからのレーザビームが、電極が本体の対応する部分と位置合わせされた状態で、マスクに従って電極を提供する。電極は、電極および導体の部品ではない領域内の金属を切除し、分離された電極および導体をシート上に残すことによって形成される。本体へのパターン化された電極の位置合わせは、したがって、マシンビジョンシステムを使用して、積層された構造の正面側の特徴を観察し、レーザアブレーションシステムが産業において一般に見出される技法を使用してレーザビームをマスクと整列させるために使用する位置付けデータを提供することによってもたらされる。
【００７４】
ここで図１２Ｃを参照すると、複合シート１２８が、レーザアブレーションステーションにフィードされ、膜を形成した第２のシート上に堆積される１００Ａ°  Ａｌ層を切除することによって、電極を形成する。複合シートは、マスクに従ってパターン化され、本体の対応する領域の上に電極を画定する。アブレーションステーションは、金属を金属層から切除し、分離された電極をシート上に残す。
【００７５】
４つの垂直の支柱を含む治具（図示せず）が、水平なベースに搭載され、切断されたダイの個々のものをスタックするために使用されることができる。治具上に、端部キャップ（例えば、金属層を伴う５０ミクロンＰＥＴシート）が、提供され、端部キャップの上に第１の反復可能ユニットが、提供される。反復可能ユニットは、ユニットを治具上の定位置に保持するために、スポット溶接される（局所加熱源を印加する）。各反復可能ユニットが前の反復可能ユニットの上にスタックされるとき、そのユニットは、スポット溶接される。スタックは、スタック内のポートの各々を分離する固体表面を有するように弁の配列から結果として生じる互い違いにされた（図６参照）スタックの片側のポートとスタックの他側のポートとを有することによって提供される。スタックが完了すると、上部キャップ（図示せず）が、提供される。
【００７６】
スタックユニットは、積層ステーション（図示せず）に送られ、そこで、スタックは、積層され、反復可能ユニットおよびキャップ全てを一緒に積層する。端部キャップおよび上部キャップは、パッケージングの部品であることもできる。別様に、反復可能ユニットの組は、対で積層または溶接されることができる。整列孔の有無にかかわらず、組立のための他のスタック技法も、可能である。
【００７７】
ここで、図１３Ａ、１３Ｂを参照すると、パターン化された電極７２を上記のようなモジュール上に相互接続するためのビア導体７０の詳細が、示される。これらの図面では、電極７２およびタブのみが、ビア導体７０と共に示される。本体部分は、ビア構造の理解における容易さのために示されない。ビア導体は、城郭構造であり、すなわち、比較的に幅広いエリアが電極タブ７５に接触し、比較的に狭いエリアが、電極７２内の孔（図５Ａ、５Ｂに明示的に示さず）を通っている。この配列は、電極部分を通した孔より大きい本体部分内の孔を有することによって提供される。これは、本体のパターン化段階中および電極のパターン化段階中に遂行されることができる。ビア導体７０は、上で言及された導電インクの孔の中への導入によって形成される。
【００７８】
ここで、図１４Ａを参照すると、膜７４の圧力に対する感度は、材料の選定（例えば、弾性率）および材料の処理によってもたらされる。いくつかの用途では、膜７４の物理的特徴を修正することによって膜７４の物性に影響を及ぼすことも、有用であろう。例えば、図１４Ａに示されるように、電極の（２次元の渦巻き状または長方形の渦巻き状もしくは螺旋状等の）種々のパターンが、膜を（電極７２が膜７４の実質的量の部分を被膜する図５Ｂのパターンと比較して）より可撓性にするために、膜７４に機械加工されることができる。選択的領域において、示されるように、電極の材料が、機械加工（レーザ機械加工）され、蛇行する長方形渦巻き状にパターン化された電極１３０を提供する。いくつかの実装では、膜７４の材料は、図１４Ａに示されるように、それらの領域内の膜７４を間引きし、膜７４内にチャネル１３２を残すように機械加工されることができる。
【００７９】
２つの隣接するパターン化された膜７４（図１４Ａにおけるような上部のもの）が、図１４Ｂに示され、図は、渦巻状にパターン化された電極１３０の金属が、互いに重なり、隣接する膜および渦巻き状にパターン化された電極１３０がコンデンサを形成することを可能にすることを示す。膜７４を修正するとき、静電容量は、除去される金属の程度に応じて異なるであろうこと、およびそれらの差が、考慮されるであろうことを理解されたい。
【００８０】
本明細書に説明される異なる実装の要素は、上で具体的に記載されない他の実施形態を形成するように組み合わせられ得る。要素は、その動作に悪影響を及ぼさない限り、本明細書に説明される構造から排除され得る。さらに、種々の別個の要素は、本明細書に説明される機能を行うように、１つ以上の個々の要素の中に組み合わせられ得る。他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。例えば、いくつかの実装では、膜の裏面が機械製作されることが、より望ましくあり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
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