(57)【要約】異なる圧力範囲にわたって動作可能である複数のモジュールを含むマイクロ圧力センサが開示される。モジュールは、少なくとも２つのモジュール層の積み重ねを含み、それぞれのモジュール層は、区画を画定する壁を有するモジュールを含み、画定された区画は、少なくとも２つのサブ区画へ仕切られ、流体の進入又は退出のためのポートは、ボディの第１の壁内に配置され、残りの壁は中実な壁であり、膜は、区画を覆うモジュールボディの第１の表面へ添付され、且つ、電極は膜の表面上へ添付される。
2021501324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモジュールステージを備える圧力センサであって、前記複数のモジュールステージのうちの少なくとも１つは、第１の圧力範囲にわたって動作可能であり、前記複数のモジュールステージのうちの少なくとも１つの他のモジュールステージは、第２の異なる圧力範囲にわたって動作可能であり、それぞれのモジュールステージは、
少なくとも２つのモジュール層の積み重ねを備え、それぞれのモジュール層は、
区画を画定する壁を有するモジュールボディであって、前記画定される区画は少なくとも２つのサブ区画へ仕切られる、モジュールボディと、
前記モジュールボディの第１の壁内に配置される流体の進入又は退出のためのポートであって、前記モジュールボディの残りの壁は中実である、ポートと、
前記区画を覆う前記モジュールボディの第１の表面へ添付される膜と、
前記膜の表面上に添付される電極と
を備える、圧力センサ。
【請求項２】
前記サブ区画は異なる容積を有し、前記圧力センサは、
前記複数のモジュールのうちの第１のモジュールへ接続される第１のエンドキャップと、
前記複数のモジュールのうちの最後のモジュールへ接続される第２のエンドキャップと
をさらに備える、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記少なくとも２つのモジュール層のうちの第１のモジュール層は、流体源へ結合されるそのポートを有し、前記少なくとも２つのモジュール層のうちの第２のモジュール層は、基準圧力へ結合されるそのポートを有し、前記積み重ねモジュール層のそれぞれは、約数ミクロン×数ミクロンから約数ミリメートル×数ミリメートルの寸法の膜を有する、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記複数のモジュールのうちの第１のモジュールは、第１の数のサブ区画へ仕切られるそれぞれのモジュールボディを有し、前記複数のモジュールのうちの最後のモジュールは、第２の数のサブ区画へ仕切られるそれぞれのモジュールボディを有し、前記第２の数は前記第１の数よりも大きい、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記複数のモジュールのうちの第１のモジュールは、少なくとも２つの異なる表面積である第１の数のサブ区画へ仕切られるそれぞれのモジュールボディを有し、前記複数のモジュールのうちの最後のモジュールは、少なくとも２つの異なる表面積である第２の数のサブ区画へ仕切られるそれぞれのモジュールボディを有し、前記第２の数は前記第１の数よりも大きい、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項６】
第１のモジュールの前記少なくとも２つのモジュール層のうちの第１のモジュール層は、前記圧力センサへの第１の電気的接続部を提供するために、第２のモジュールの少なくとも２つのモジュール層のうちの第１のモジュール層の電極へ電気的に接続されるその電極を有し、前記第１のモジュールの前記少なくとも２つのモジュール層のうちの第２のモジュール層は、前記圧力センサへの第２の電気的接続部を提供するために、前記第２のモジュールの前記少なくとも２つのモジュール層のうちの第２のモジュール層の対応する電極へ電気的に接続されるその電極を有し、前記第２の電気的接続部は、前記第１の電気的接続部から電気的に絶縁されている、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記第１及び前記第２の電気的接続部の間に結合される静電容量測定回路
をさらに備える、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記静電容量測定回路から測定された静電容量を圧力値へ変換するコントローラをさらに備える、請求項７に記載の圧力センサ。
【請求項９】
それぞれのポートは前記第１の壁内に配置される対の開口部を有する、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記圧力センサは、前記少なくとも２つのモジュール層のうちの第１のモジュール層の前記ポート内への流体の流れを受け取り、前記少なくとも２つのモジュール層のうちの第２のモジュール層の前記ポートが基準圧力を受け取るように構成され、前記流体の流れは、前記膜がそれぞれのポートへ適用される前記流体の流れと前記基準との間の圧力差に従って偏向することを引き起こす、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項１１】
前記モジュール層の前記ポートの外への流体の流れは、前記区画上の膜が前記区画内へ後退することを引き起こし、前記モジュール層の前記ポート内への流体の流れは、膜が前記区画から離れて動くことを引き起こす、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項１２】
前記少なくとも２つのモジュール層のうちの第１のモジュール層の前記ポートの外への流体の流れは、その膜が前記区画を加圧することを引き起こし、前記第１のモジュール層に隣接して配置される前記少なくとも２つのモジュール層の第２のモジュール層の前記ポート内への第２の流体の流れは、その膜が前記区画を拡大することを実質的に同時に引き起こす、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項１３】
前記第２のモジュール層の前記ポートは、下位圧力モードのための前記基準へ結合される、請求項１２に記載の圧力センサ。
【請求項１４】
前記第１のモジュール層の前記ポートは、過剰圧力モードのための前記基準へ結合される、請求項１２に記載の圧力センサ。
【請求項１５】
第１の圧力範囲にわたって動作可能な第１のモジュールと、
第２の異なる圧力範囲にわたって動作可能な第２のモジュールと
を備えるマイクロ圧力センサであって、前記第１のモジュールは、
第１の複数の第１のモジュール層の第１の積み重ねを備え、それぞれの第１のモジュール層は、
区画を画定する壁を有する第１のモジュールボディであって、前記画定された区画は、第１の複数のサブ区画へ仕切られる第１のモジュールボディと、
前記第１のモジュールボディの第１の壁内に配置される流体の進入又は退出のための第１のポートであって、前記第１のモジュールボディの残りの壁は中実である、第１のポートと、
前記区画を覆う前記第１のモジュールボディの第１の表面へ添付される第１の膜と、
前記第１の膜の表面上に添付される第１の電極と
を備え、前記第２のモジュールは、前記マイクロ圧力センサ内に添付され、前記第２のモジュールは、
第２の複数の第２のモジュール層の第２の積み重ねを備え、それぞれの第２のモジュール層は、
区画を画定する壁を有する第２のモジュールボディであって、前記画定された区画は、前記第１の複数のサブ区画とサブ区画の数及びサイズのうちの１又は複数において異なる第２の複数のサブ区画へ仕切られる、第２のモジュールボディと、
前記第２のモジュールボディの第１の壁内に配置される流体の進入又は退出のための第２のポートであって、前記第２のモジュールボディの残りの壁は中実な壁である、第２のポートと、
前記区画を覆う前記第２のモジュールボディの第１の表面へ添付される第２の膜と、
前記膜の表面上に添付される電極と
を備える、マイクロ圧力センサ。
【請求項１６】
追加のモジュール層の追加の積み重ねの少なくとも１つの追加のモジュールをさらに備える、請求項１５に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１７】
前記マイクロ圧力センサは静電容量測定回路へ結合される、請求項１５に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１８】
前記第１のモジュールは、前記第２のモジュールと積み重ねられ、前記第１のモジュールを前記第２のモジュールへ添付するために、前記第１のモジュールと前記第２のモジュールとの間に配置されるスペーサ部材をさらに備える、請求項１５に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項１９】
前記第１の複数のサブは、２つの異なるサイズのうちの１つのサブ区画を有し、前記第２の複数のサブ区画は、３つの異なるサイズのうちの１つのサブ区画を有する、請求項１５に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項２０】
前記複数のモジュールのうちの第１のモジュールへ接続される第１のエンドキャップと、前記複数のモジュールのうちの最後のモジュールへ接続される第２のエンドキャップと
をさらに備える、請求項１５に記載のマイクロ圧力センサ。
【請求項２１】
マイクロ圧力センサ要素を製造する方法であって、
周縁の壁を有するボディ要素を生産するために材料の第１のシートをパターニングすることであって、前記ボディ要素は、複数のサブ区画内へさらにパターニングされ、前記複数のサブ区画のうちの少なくともいくつかは、前記ボディ要素の前記周縁の壁により部分的に囲まれ、前記サブ区画はまた、前記ボディ要素の内部の壁により画定され、前記内部の壁の一部は、前記サブ区画の間の流体の進入及び退出を可能とするための開口部を有する、ことと、
前記第１のシートの材料と比較して柔軟である柔軟性材料の第２のシートを前記ボディ要素へ添付することであって、前記第２のシートは、モジュール層要素を生産するために、前記ボディ要素内に画定される内部の壁へ添付される合成積層構造を提供するための導電性表面層を有する、ことと
を備える、方法。
【請求項２２】
前記第２のシート上の電極を提供するために、絶縁領域内へ前記第２のシート上に前記導電層をパターニングすること
をさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
外部回路への金属ビアによる接続のためのタブを有する電極を生産するために、前記第２のシート上に前記導電層をパターニングすること
をさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
複数の前記モジュール層要素を生産することであって、それぞれの前記モジュール層要素が、ボディ要素へ添付される柔軟性材料の第２のシートを複数のサブ区画内へパターニングされた前記ボディ要素を有し且つ導電性表面を有する、ことと、
共に添付される前記モジュール層要素の積み重ねを形成することと、
対のエンドキャップの間の前記モジュール層要素の積み重ねを添付することと
を備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のシートをパターニングすることは、
前記ボディの前記周縁の壁の一部を通るホールを提供するために前記第１のシートをパターニングすることと、
前記モジュール層要素のうちの対応するモジュール層要素内の前記ビアと接触するように前記金属ビアを前記ホールを通して形成することと
をさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ボディ要素の第１の周縁の壁内のポートを生産するために前記第１のシートをパターニングすること
をさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
パターニングすることは、
前記モジュール層のうちの少なくとも１つへエンドキャップを適用すること
をさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、米国特許法§１１９の下、２０１７年１０月３１日に出願され「Ｂｒｏａｄ  Ｒａｎｇｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」と題された米国仮特許出願第６２／５７９２３９号への優先権の利益を主張し、その全体の内容は参照によって本明細書に援用される。
【０００２】
背景
本明細書は圧力センサデバイス及びシステムに関する。
【０００３】
圧力センサは、流体の拡大に対抗するために必要な力である流体圧力、すなわち流体により与えられる力を検出又は測定する。圧力センサは、各種の制御及び観測用途において用いられ、且つ、流体の流れ、流体の速度及び高度のような他の物理量を間接的に測定するために用いられ得る。典型的には、圧力センサは、種々の技術及びテクノロジーを用いて製作され、その技術及びテクノロジーのそれぞれが、性能、用途適性及びコスト検討に従った使用を見出す。
【０００４】
典型的な圧力センサは、変換器に課される圧力の関数として電気信号を生成する変換器を含み、これは力コレクタタイプの圧力センサの一例である。力コレクタタイプは、力コレクタへ印加される力から生じるひずみ（又はたわみ）を測定するために（ダイヤフラム、ビストンなどのような）力コレクタを用いる。力コレクタのタイプは、印加される圧力に起因するひずみを検出するようにピエゾ抵抗効果を用いる圧力ピエゾ抵抗ひずみゲージタイプ、並びに、石英、特定のセラミック及び特定のポリマのような特定の材料における圧電性効果を用いる圧電性タイプを含む。
【０００５】
別のタイプは、適用される圧力に起因するひずみを検出するための可変コンデンサを作り出すために、ダイヤフラム及び圧力空洞を用いる静電容量タイプである。一般的なテクノロジーは、金属、セラミック及びシリコンダイヤフラムを用いる。そのようなセンサは、シリコンＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）技術を用いて製作され得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
要約
一側面によると、圧力センサは、複数のモジュールステージであって、複数のモジュールステージのうちの少なくとも１つは、第１の圧力範囲にわたって動作可能であり、複数のモジュールステージのうちの少なくとも１つの他のモジュールステージは、第２の異なる圧力範囲にわたって動作可能であり、それぞれのモジュールステージは、少なくとも２つのモジュール層のモジュール層の積み重ねを含み、それぞれのモジュール層は、区画を画定する壁を有するモジュールボディであって、画定される区画は少なくとも２つのサブ区画へ仕切られる、モジュールボディと、モジュールボディの第１の壁内に配置される流体の進入又は退出のためのポートであって、モジュールボディの残りの壁は中実である、ポートと、区画を覆うモジュールボディの第１の表面へ添付される膜と、膜の表面上に添付される電極とを含む。
【０００７】
さらなる側面によると、マイクロ圧力センサは、第１の圧力範囲にわたって動作可能な第１のモジュールであって、第１のモジュールは、第１の複数の第１のモジュール層の第１の積み重ねを含み、それぞれの第１のモジュール層は、区画を画定する壁を有する第１のモジュールボディであって、画定された区画は第１の複数のサブ区画へ仕切られる、第１のモジュールボディと、第１のモジュールボディの第１の壁内に配置される流体の進入又は退出のための第１のポートであって、第１のモジュールボディの残りの壁は中実である、第１のポートと、区画を覆う第１のモジュールボディの第１の表面へ添付される第１の膜と、第１の膜の表面上に添付される第１の電極とを含む。マイクロ圧力センサはさらに、第２の異なる圧力範囲にわたって動作可能な第２のモジュールを含み、第２のモジュールは、マイクロ圧力センサ内に添付され、第２のモジュールは、第２の複数の第２のモジュール層の第２の積み重ねを含み、それぞれの第２のモジュール層は、区画を画定する壁を有する第２のモジュールボディであって、画定された区画は、第１の複数のサブ区画とサブ区画の数及びサイズのうちの１又は複数において異なる第２の複数のサブ区画へ仕切られる、第２のモジュールボディと、第２のモジュールボディの第１の壁内に配置される流体の進入又は退出のための第２のポートであって、第２のモジュールボディの残りの壁は中実な壁である、第２のポートと、区画を覆う第２のモジュールボディの第１の表面へ添付される第２の膜と、膜の表面上に添付される電極とを含む。
【０００８】
他の側面は、製作の方法を含む。
【０００９】
マイクロ圧力センサは、各種の産業、医療及び生物学的用途のための圧力感知を果たすために用いられ得る。マイクロ圧力センサは、合理的に安価な技術を用いて製作され得、従って種々の用途のための安価なマイクロ圧力センサを提供する。特定の実施形態において、マイクロ圧力センサは、ロールツーロール製造技術を用いて製作される。本マイクロ圧力センサは、標準サイズの区画（単数又は複数）から成り立つマイクロ圧力センサに比較して、比較的幅広い圧力範囲にわたって動作可能であり、幅広い圧力範囲にわたる圧力変化への感度の比較的高いレベルを有する。
【００１０】
本発明の１又は複数の実施形態の詳細は、添付の図面及び以下の説明において述べられる。本発明の他の特徴、物及び優位点は、その説明及び図面から並びに請求項から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１、図２、図３Ａ及び図３は、広範囲マイクロ圧力センサのモジュールステージの概略的で機能的な断面図であり、図１は、静止モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図２は、過剰圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図３Ａは、さらなる過剰圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図３は、下位圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示す。
【００１２】
【図２】図１、図２、図３Ａ及び図３は、広範囲マイクロ圧力センサのモジュールステージの概略的で機能的な断面図であり、図１は、静止モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図２は、過剰圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図３Ａは、さらなる過剰圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図３は、下位圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示す。
【００１３】
【図２Ａ】図１、図２、図３Ａ及び図３は、広範囲マイクロ圧力センサのモジュールステージの概略的で機能的な断面図であり、図１は、静止モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図２は、過剰圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図３Ａは、さらなる過剰圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図３は、下位圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示す。
【００１４】
【図３】図１、図２、図３Ａ及び図３は、広範囲マイクロ圧力センサのモジュールステージの概略的で機能的な断面図であり、図１は、静止モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図２は、過剰圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図３Ａは、さらなる過剰圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示し、図３は、下位圧力モードにおけるマイクロ圧力センサを示す。
【００１５】
【図４】図４は、図１−図３において説明される概念に基づく、複数の繰り返し可能なモジュール層から成り立つマイクロ圧力センサの等角図である。
【００１６】
【図４Ａ】図４Ａは、図４のマイクロ圧力センサのためのモジュールの等角図である。
【００１７】
【図５】図５は、図４のモジュール方式マイクロ圧力センサのための静電容量の等価回路モデルを示す単純化された概略図である。
【００１８】
【図６Ａ】図６Ａ−図６Ｃは、モジュール方式マイクロ圧力センサ内のサブ区画を形成するための異なる典型的なボディ層パターンの等角図である。
【００１９】
【図６Ｂ】図６Ａ−図６Ｃは、モジュール方式マイクロ圧力センサ内のサブ区画を形成するための異なる典型的なボディ層パターンの等角図である。
【００２０】
【図６Ｃ】図６Ａ−図６Ｃは、モジュール方式マイクロ圧力センサ内のサブ区画を形成するための異なる典型的なボディ層パターンの等角図である。
【００２１】
【図７】図７は、少数の層が取り外されて示す、図４のモジュール方式のマイクロ圧力センサの等角図である。
【００２２】
【図８】図８は、スペーサ部材及びエンドキャップを除く全ての層が取り外されて示す、図４のモジュール方式マイクロ圧力センサの等角図である。
【００２３】
【図９】図９は、静電容量対膜分離及び圧力を示す表である。
【００２４】
【図１０】図１０は、圧力対静電容量のプロットである。
【００２５】
【図１１】図１１は、静電容量対圧力、及び膜分離対圧力のプロットである。
【００２６】
【図１２】図１２は、ロールツーロール加工構成の概念図である。
【００２７】
【図１２Ａ】図１２Ａは、典型的なロールツーロール加工ステーションのいくつかの概念図である。
【００２８】
【図１３Ａ】図１３Ａ−図１３Ｃは、図６Ａのパターンを示す、図４の構造のためのロールツーロール加工の図である。
【００２９】
【図１３Ｂ】図１３Ａ−図１３Ｃは、図６Ａのパターンを示す、図４の構造のためのロールツーロール加工の図である。
【００３０】
【図１３Ｃ】図１３Ａ−図１３Ｃは、図６Ａのパターンを示す、図４の構造のためのロールツーロール加工の図である。
【００３１】
【図１４Ａ】図１４Ａ−図１４Ｂは、ビア導電体の詳細を描写する図である。
【００３２】
【図１４Ｂ】図１４Ａ−図１４Ｂは、ビア導電体の詳細を描写する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
詳細な説明
概要
本明細書において説明されるマイクロ圧力センサは、微細製作方法を用いて作製され、種々の産業、商業、医療及び生物学的用途における圧力を感知するために用いられ得る。マイクロ圧力センサは、ミクロン／ミリメートルスケールで製作される。いくつかの製作技術が開示される。
【００３４】
マイクロ圧力センサの１タイプは、本出願の譲受人へ譲渡された、本発明者の公開されたＵＳ２０１８−００３８７５４−Ａ１号において説明されるような狭い圧力範囲のマイクロ圧力センサであり、その出願は、その全体が参照によって本明細書に援用される。狭範囲マイクロ圧力センサによると、所与のモジュールは、広範囲マイクロ圧力センサと比較して狭い範囲の圧力にわたって動作可能であることを意味する。参照によって援用される出願のマイクロ圧力センサは、複数の区画へ区画分けされる単一のチャンバを有する。それぞれの区画は、所与の圧力範囲にわたる同一の圧力を経験し且つその圧力へ応答可能である。狭範囲タイプは、比較的狭い圧力範囲にわたる高い感度を有するマイクロ圧力センサである（本明細書において狭範囲マイクロ圧力センサと称される）。
【００３５】
以下の説明は、広い圧力範囲にわたって高い感度を有するマイクロ圧力センサの別のタイプであり、本明細書において広範囲マイクロ圧力センサと称される。広範囲マイクロ圧力センサの２つのタイプが説明され、広範囲マイクロ圧力センサ１０及び積み重ね式の広範囲マイクロ圧力センサ１００である。
【００３６】
広範囲マイクロ圧力センサ
図１へ参照すると、マイクロ圧力センサ１０が示される。マイクロ圧力センサ１０は、圧力変化への高い感度を有し、広範囲マイクロ圧力センサ１００（図４）のモジュールステージ（ステージ）の積み重ねにおけるモジュールステージの要素として役立ち得る。マイクロ圧力センサ１０は、複数の膜１８ａ−１８ｆによって複数の区画２１ａ−２１ｇへ区画分けされるチャンバ２０を含む。参照によって援用される出願において説明されるマイクロ圧力センサのように、マイクロ圧力センサ１０は、流体の流れ方向に沿った２つの壁１３ａ、１３ｂ、流体の流れ方向に垂直な方向に沿って相互に対向するエンドキャップ１６ａ、１６ｂ、及び２つの壁、例えば２つの固定されたエンドキャップ１６ａ、１６ｂ及び壁１３ａ、１３ｂと直交する前壁及び後壁（図１−図３の図において示されていない）を有するセンサボディ１１を含む。壁１３ａ、１３ｂ及び１６ａ、１６ｂ並びに前壁及び背壁が、単一のチャンバ２０を画定する。
【００３７】
図６Ａ−図６Ｃにおいてより詳細に例示されるように、単一のチャンバ２０を提供する区画２１ａ−２１ｇのそれぞれは、さらに複数のサブ区画へ分割され、その２つ、例えばサブ区画２３ａ−２３ｂが示されており（図６Ａも参照）、同様の他のサブ区画は図１に示されていないが図６Ａにおいて示される。複数のサブ区画２３ａ−２３ｂのそれぞれ（同様に、図１に示されていないサブ区画）は、膜層（膜）１８ａ−１８ｆによって区画分けされる。概して、サブ区画２３ａは、サブ区画２３ｂと異なる表面積及びそれ故の容積を有する膜を有する。しかし、いくつかの実施形態において、他の手段が区画２３ａ、２３ｂにわたる膜の圧力への感度を変化させるために採用される場合には、表面積及びそれ故の容積は同一であり得る。
【００３８】
膜１８ａ−１８ｆは、２つのエンド壁１６ａ、１６ｂの間、及び、前壁と背壁との間で、例えばチャンバ２０を複数のサブ区画２３ａ−２３ｂに分割する壁１７ａ、１７ｂにつなぎ留められる。膜１８ａ−１８ｆがチャンバ２０を複数の区画２１ａ−２１ｇへ分離する一方で、壁（その２つ）１７ａ、１７ｂが示され、他の壁（図１には示されていないが、図６Ａに示される）は、それぞれの区画を複数のサブ区画へ分離し、２つのサブ区画２３ａ−２３ｂが図１−図３において示されている。
【００３９】
第１のセットのポート１２ａ−１２ｃは、区画２１ｂ、２１ｄ及び２１ｆのそれぞれの中へアクセスする流体のために、壁１３ａを通ってそれぞれ配置される。第２のセットのポート１４ａ−１４ｄは、区画２１ａ、２１ｃ、２１ｅ及び２１ｇのそれぞれの中へアクセスする流体のために、壁１３ｂを通ってそれぞれ配置される。この実施において、それぞれの区画２１ａ−２１ｂは、それぞれの壁中に画定される第１のセットのポート１２ａ−１２ｃから又は第２のセットのポート１４ａ−１４ｄからのいずれか、しかし両方からでないポートを含む。例えば、区画２１ａは、壁１３ｂ内のポート１４ａを含み、区画２１ａの領域内の壁１３ａのポートは中実であり、全く開かない。
【００４０】
以下で検討されるような複数のサブ区画、例えばサブ区画２３ａ−２３ｂは、異なる圧力及び圧力範囲への単一の区画内の異なる程度の感度を提供する。
【００４１】
図１において、ポートは対向する側面に示される。対向する側面にあるポートは、いくつかの実施形態で所望されるが、必須とされない。他の実施形態において、ポートは隣接する側面にあり得、又は、入口又は入力ポートとして作用するポートが出口又は出力ポートとして作用するポートから分離される場合には、圧力が測定される流体及び基準を提供する異なる容器へ結合されるそのようなポートによって、実際上同一の側面にあり得る。区画は、１つでない入口又は１つでない出口を有し得るが、両方は有し得ない。
【００４２】
図１において示されるように、一端における中実な壁、及び、対向する端における第１のセットのポートのうちの第１のポート又は第２のセットのポートのうちの第１のポートのこの配置は、隣接する区画２１ｂは壁１３ａ内にポート１２ａを有し、壁１３ｂは区画２１ｂの領域において中実な壁であるとして示されるように代替される。
【００４３】
区画２１ａ−２１ｇは、相互から流体的に密閉されるが、サブ区画内のサブ区画のそれぞれは流体的に結合される。マイクロ圧力センサ１０の対向する端における２つの区画２１ａ及び２１ｇは、ボディの固定された壁１６ａ、１６ｂにより提供される壁、及び対応する膜を有する。区画の間の中間の区画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つ及び一般には多くの中間の区画を有し、中間の区画の壁のそれぞれは、２つの膜１８ａ−１８ｆにより提供される。マイクロ圧力センサ１０は、図１において例示されるような静止位置からの圧力の変化を感知し得る。例えば典型的には気体の、又はいくつかの例においては液体の流体圧力における変化が検出される。マイクロ圧力センサ１０は材料で構築され、その材料の選択は、マイクロ圧力センサ１０が適切な感度を有する圧力、及び圧力範囲をマイクロ圧力センサ１０が感知するように構成される流体のタイプを考慮に入れる。
【００４４】
以下で検討される実施において、圧力は周囲の空気の大気圧と比較する。しかし、他の基準が用いられ得る。
【００４５】
また、以下の検討において、広範囲マイクロ圧力センサは、狭範囲マイクロ圧力センサと比較する。以下の検討は、広範囲マイクロ圧力センサに焦点を当てる一方で、まず狭範囲マイクロ圧力センサを定義し、狭範囲マイクロ圧力センサ及び広範囲マイクロ圧力センサの両方に共通する一般的特徴及び動作特性を検討することが役に立ち得る。
【００４６】
狭範囲マイクロ圧力センサは、同一の圧力センサ特性、すなわち狭い圧力範囲にわたる感度を有する１又は複数の標準的圧力センサチャンバ２０から成り立つ。標準的圧力センサチャンバ２０は、少なくとも２つの区画を有する（且つ多くのそのような区画を有し得る）単一のチャンバとして画定され、その区画のそれぞれが圧力感知特性において同一である。区画が圧力感知特性において同一であるための１つの方法は、サイズ、容積、膜の弾性特性及び電極の特性において同一である区画を有することによる。
【００４７】
狭範囲圧力センサは、広範囲マイクロ圧力センサ１０と比較して、画定され、さらに比較的限定された、すなわち狭い圧力範囲にわたる高い感度を有する。圧力への感度の範囲は、区画のサイズ及び容積特性、膜の弾性特性（ヤング率及び厚さ）、及びマイクロ圧力センサの電極間で測定される静電容量における変化に影響を及ぼす電極の特性（パターン、厚さなど）に基づく。
【００４８】
狭範囲マイクロ圧力センサ又は広範囲マイクロ圧力センサのいずれについても、（７つの区画を提供する）６つの膜１８ａ−１８ｆが図１−図３に示されるが、マイクロ圧力センサ１０は、より少ない膜及び従ってより少ない区画を有し得、又は、それぞれの区画がモジュール（図４−図６参照）とみなされ得るような追加の膜を有する追加の中間膜と共に延在され得、以下でさらに説明されるように、マイクロ圧力センサ１０は、そのようなモジュールの積み重ねで形成される。
【００４９】
それぞれの膜１８ａ−１８ｆは、膜１８ａ−１８ｆの主な表面にわたって取り付けられる電極（図１に明確には示されていない）を有する。電極は、使用される静電容量測定回路のタイプに従った電極へ電圧を送達する静電容量測定回路（図２、３参照）へ接続される。静電容量測定回路のいくつかの例においはＡＣ波形が用いられ得、静電容量は周波数領域技術を用いて測定される。静電容量測定回路の他の例においては、時間領域技術を用いて静電容量を測定するためにＤＣ波形が用いられる。
【００５０】
外部流体が基準圧力での同一の圧力でマイクロ圧力センサ１０へ送り込まれるとき、膜１８ａ−１８ｆ及び従って電極は屈曲されず、膜／電極は図１に示されるような公称静止（休止）位置にある。静止しているそれぞれの膜１８ａ−１８ｆは、エンド壁１６ａ、１６ｂに対して実質的に平行であり、区画２１ａ−２１ｇは同一の公称容積Ｖｉを有し得、この実施における膜１８ａ−１８ｆは等しい距離（壁部分の厚さ）により分離している。
【００５１】
膜１８ａ−１８ｆ及び従って電極は、圧力の適用により作動されるときに屈曲し、それぞれの区画の容積及び、より詳しくは、そのような膜１８ａ−１８ｆにおける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、図３において１８ａ、１８ｂとして示されるような、対の隣接する電極間の静電容量における変化を引き起こす。
【００５２】
容積における変化は、圧力変化を表すための代替となる方法とみなされ得る。静電容量特性は、誘電体、例えば区画の内容物（すなわち流体）及び／又は膜の誘電性によって、分離された隣接する電極の対により提供される。
【００５３】
コンデンサは、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における対の電極の組み合わせにより、有効に提供される。そのような有効なコンデンサの静電容量特性は、対の隣接する膜のうちの１つによって提供される誘電率、区画内の流体の誘電体、電極の面積、及び電極を分離する距離によって決定され、例えば一般に、平行板コンデンサのための公式によって少なくとも近似され、
【化１】
2021501324.tif 000003
として与えられる。ここで、
Ｃは、ファラド単位の静電容量であり、
Ａは、平方メートル単位の２つの電極の重複する面積であり、
εｒは、電極間の材料の誘電率（膜及び流体の誘電率の合計）であり、
ε０は、真空の誘電率
【化２】
2021501324.tif 000004
であり、
ｄは、メートル単位の平板間の分離距離であり、
ここで、ｄはＡの最も小さい弦に対して十分に小さい。
【００５４】
静電容量測定回路の一部又は分離回路のいずれかであるコントローラ（図２、図３参照）は、測定された静電容量単位を圧力単位へ変換するために表／アルゴリズムを参照する。静止状況にある間、マイクロセンサ１０により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における変化を測定し且つ検出するために、多くの技術が用いられ得る。
【００５５】
いくつかの実施形態において、公称位置における２つの隣接する膜１８ａ−１８ｂの間の距離は約５０ミクロンである。いくつかの実施において、区画２１ａ−２１ｇのそれぞれは、同様の公称容積Ｖｅを有し得る。そのような実施において、公称位置での膜１８ａとエンド壁１６ａとの間、又は、公称位置での膜１８ｆとエンド壁１６ｂとの間の距離は約５０ミクロンである。区画２１ａ−２１ｇはまた、異なるサイズを有し得る。そのサイズは、例えば、製造、電力消費及び用途検討に基づいて選択され得る。例として、マイクロ圧力センサ１０は、約１．５ｍｍの長さ、約１．５ｍｍの幅、０，０５ｍｍの合計の高さ（種々の区画の累積の高さ）及び約０．１１２５ｍｍ３の合計の容積を有し得る。他の構成が可能である。
【００５６】
同様の目的のために用いら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用い得、従ってより小さい応力を受ける。マイクロ圧力センサ１０は、ミクロンからミリメートルスケールのサイズを有し、広範囲の圧力測定を提供し得る。
【００５７】
他の実施形態において、入口又は入力ポートとして作用するポートが、圧力が測定される流体及び基準を提供する異なる容器へ結合されているようなポートによって、出口又は出力ポートとして作用するポートから分離されている場合、ポートは、隣接する側面又は実際は同一の側面上にあることができる。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における流体の過剰圧力及び下位圧力の流体の２つの代替する動作のいずれにおいても起こる。
【００５８】
図２へ参照すると、流体源２６からの過剰圧力（出口として作用するポート１４ａ−１４ｄでの基準と比較して、入口として作用するポート１２ａ、１２ｂ及び１２ｃでのより高い圧力）の適用とともに、エンド区画２１ａ及び２１ｇが、中間の区画２２ｃ、２１ｅのように加圧されて示されている。図２において適用される過剰圧力は、それぞれの区画２１ａ−２１ｇにおけるサブ区画２３ａを覆う膜１８ａ−１８ｆの一部の屈曲を引き起こすように十分高いが、適用される過剰圧力は、それぞれの区画２１ａ−２１ｇにおけるサブ区画２３ｂを覆う膜１８ａ−１８ｆの一部を屈曲するためには十分高くない。以下で検討されるように、サブ区画２３ａのそれぞれを覆う膜１８ａ−１８ｆの表面積は、入口として作用するポート１２ａ、１２ｂ及び１２ｃへ適用される過剰圧力に応答した膜の屈曲を可能とするように十分大きいが、サブ区画２３ｂのそれぞれを覆う膜１８ａ−１８ｆの表面積はサブ区画２３ｂより小さく、従って膜は、サブ区画２３ａよりもサブ区画２３ｂにわたって有効により硬い。この例示された例において、サブ区画２３ｂにおける過剰圧力は、入口として作用するポート１２ａ、１２ｂ及び１２ｃへ印加される過剰圧力に応答した膜１８ａ−１８ｆの任意の又は少なくとも有意な屈曲を引き起こすためには不十分である。
【００５９】
膜１８ａ、１８ｆがそれぞれのエンド壁１６ａ、１６ｂへ向かって動くとき、エンド区画２１ａ、２１ｇにおいて加圧が発生し、中間区画２２ｃ、２１ｅにおいては、隣接する膜１８ｂ、１８ｃ及び１８ｄ、１８ｅが互いに向かって動き、それらの区画２２ｃ、２２ｅからの空気の変位に起因して隣接する区画２２ｃ、２１ｅの空間を占めるときに、加圧が発生する。これらの膜１８ａ及び１８ｆの動きは、それぞれのエンド区画２１ａ、２１ｇ及び中間区画２１ｃ、２１ｅの容積を低減させ、サブ区画２３ａの一部であるがサブ区画２３ｂの一部でない区画のそれらの一部における大気（又は基準）内へそれらの区画から流体（気体又は液体）を放出する。それらの区画の加圧と同時に、膜１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ及び１８ｅ、１８ｆのそれぞれのセットが、サブ区画２３ａの一部だがサブ区画２３ｂの一部でないそれぞれの区画の容積を拡大するために相互から離れて動くとき、（全て中間区画である）隣接する区画２１ｂ、２１ｄ、２１ｆには過剰に圧力がかかる。
【００６０】
過剰圧力動作（図２）において、サブ区画２３ａ及び２３ｂ中への入口１２ａ−１２ｃは、基準圧力（この場合においては大気）よりも高い圧力下で流体を送り込まれ、示されるように膜１８ａ−１８ｆが屈曲することを引き起こす。つまり、流体が（入力ポートとして作用する）ポート１２ａ内へ送り込まれるとき、区画２１ｂを画定する隣接した膜１８ａ、１８ｂは、隣接する区画２１ａ及び２１ｃに向かって相互から離れて屈曲し又は変形し、それらの区画２１ａ、２１ｃからの空気を（出力ポートとして作用する）ポート１４ａ、１４ｂを通して大気へ退出させる。同様にして、他の膜は、残りのポート１２ｂ、１２ｃ内へ導入されている圧力の流体で同じく屈曲し又は曲がる。
【００６１】
しかし、過剰圧力が増加すると、増加した過剰圧力は、サブ区画２３ａを覆う膜１８ａ−１８ｆのさらなる屈曲を引き起こすが、入口として作用するポート１２ａ、１２ｂ及び１２ｃへ適用される増加した過剰圧力に応答して、サブ区画２３ｂにわたる膜１８ａ−１８ｆの一部を屈曲し始める。
【００６２】
図２Ａは、図２の配置であるが（言及されていない基準番号の説明のためには図２参照）、図２における過剰圧力よりも大きい過剰圧力を有する配置を示す。この過剰圧力は、サブ区画２３ａのそれぞれを覆う膜１８ａ−１８ｆが、入口として作用するポート１２ａ、１２ｂ及び１２ｃへ適用される過剰圧力に応答して完全に屈曲することを引き起こすために十分であり、サブ区画２３ｂのそれぞれを覆う膜１８ａ−１８ｆが、サブ区画２３ｂにわたって実質的に図２の膜よりも屈曲することを引き起こすために十分である。
【００６３】
図３へ参照すると、出口として作用するポートでの基準に対して入口１２ａ−１２ｃとして作用するポートでの下位圧力（基準よりも低い圧力、例えば真空圧力まで下がる）において、エンド区画２１ａ、２１ｇは、中間区画２１ｃ及び２１ｄと同様に拡大されて示される。図３において、適用される下位圧力は、サブ区画２３ａを覆う膜１８ａ−１８ｆの一部を屈曲するために十分低いが、適用される下位圧力は、サブ区画２３ｂを覆う膜１８ａ−１８ｆの一部を屈曲するためには十分低くはない。
【００６４】
膜１８ａ、１８ｆがエンド壁１６ａ、１６ｂから離れて動くときに、拡大がエンド区画１２ａ、２１ｇにおいて発生し、区画２１ｃ、２１ｄにおいては、隣接する膜１８ｂ、１８ｃ及び１８が相互から離れて動くときに拡大が発生する。これらの膜の動きは、大気又は基準へ結合される区画内への流体（気体又は液体）の装填に起因して、サブ区画２３ｂでなくサブ区画２３ａの一部である区画のそれらの部分において、それぞれのエンド区画２１ａ、２１ｇ及び中間区画２１ｃ、２１ｄの容積を増加させる。それらの区画の拡大と同時に、膜のそれぞれのセットが互いに向かって動くとき、（ここで全て中間区画である）隣接する２１ｂ、２１ｄ及び２１ｆは、圧力を除かれ、サブ区画２３ｂでなくサブ区画２３ａの一部である区画のそれらの部分におけるそれぞれの区画の容積を低減させる。
【００６５】
下位圧力の動作において（図３）、サブ区画２３ａ内へのポート１２ａ−１２ｃは、示されるように、膜が屈曲することを引き起こす基準圧力（この場合においては大気圧）よりも低い圧力である流体源２７へ結合される。つまり、下位圧力にある流体がポート１２ａ内へ送り込まれるとき、区画２１ｂを画定する隣接する膜１８ａ、１８ｂは、隣接する区画２１ａ及び２１ｃから離れて互いに向かって屈曲し又は変形し、大気が、サブ区画２３ｂでなくサブ区画２３ａの一部である区画のそれらの部分における大気からポート１４ａ、１４ｂを通してそれらの区画２１ａ、２１ｃに入ることを引き起こす。同様にして、サブ区画２３ｂでなくサブ区画２３ａの一部である区画のそれらの部分内のポート１４ｃ−１４ｄを通して区画２１ｅ、２１ｇに入る大気によって、他の膜１８ｃ、１８ｄ及び１８ｅ、１８ｆは、残りのポート１２ｂ、１２ｃ内へ導入されている下位圧力にある流体に応答して互いに向かって同じく屈曲し又は曲がる。
【００６６】
図２のように、十分な量の下位圧力が経験される場合、膜１８ａ−１８ｇのそれらの部分は、図３において、サブ区画２３ａ、２３ｂにわたって屈曲する。
【００６７】
ポートへ適用される過剰圧力又は下位圧力の除去は、マイクロ圧力センサ１０を図１の公称状態へ戻す。
【００６８】
上で検討されたマイクロ圧力センサ１０は従って、２つの固定された壁１３ａ、１３ｂとそれらの図に示されていない２つの固定された壁との間にそれぞれ繋ぎ留められる複数の膜１８ａ−１８ｆを備える。固定された壁１３ａ、１３ｂ及び描写されていない壁は、隣接する膜の対によって分離される複数の区画を形成するボディ層である。区画のうちの第１及び最後の区画は、膜とボディのエンドキャップの一部である固定された壁とによって形成されるが、中間区画は、隣接する膜の対によって提供される。区画２１ａ−２１ｇのそれぞれは、複数のサブ区画（示されるサブ区画２３ａ、２３ｂ）へ分割され、サブ区画２３ａ、２３ｂのそれらの部分を覆う膜１８ａ−１８ｆの部分は、全体として、チャンバ２０へ適用される過剰圧力又は下位圧力の程度に従って屈曲する。
【００６９】
同一のマイクロ圧力センサ１０２つの動作状態を示す図２及び図３の比較は、第１のモードにおいて基準よりも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指し示す。つまり、作動されるとき、区画のそれぞれの膜は、作動されていないときに膜が静止する中央の公称位置について２つ反対の方向へ動き得る。
【００７０】
電極（図１−図３に明確には示されていない）は、マイクロ圧力センサ１０の膜１８ａ−１８ｆ上にある。いくつかの実施において、単一の電極が膜上に提供される。他の実施において、電極は、膜１８ａ−１８ｆのそれぞれの一部と関連付けられるサブ区画２３ａ、２３ｂに従ってパターニングされる。それぞれのサブ区画２３ａ、２３ｂのための電極は、以下で検討される静電容量測定回路３２に並列に接続される。電極を有し、誘電体（膜材料又は区画内の空気の誘電体）によって分離される２つの膜の組み合わせが、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。測定される静電容量と圧力との間に相関関係が、コントローラ３４などによって提供され得る。種々の実施が可能である。
【００７１】
上で説明された特徴を有するマイクロ圧力センサは、ＭＥＭＳ加工技術及びいわゆるロールツーロール（Ｒ２Ｒ）加工のような種々の方法を用いて製造され得る。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によって提供される機能及びマイクロ圧力センサ１０の製造の方法に基づいて選択される。以下は、マイクロ圧力センサ１０の異なる部分の材料を選択するためのいくつかの基準である。
【００７２】
センサボディ−ボディのために用いられる材料は、要件によって画定される。一般に、材料は、区画容積を生み出すためにその材料の形状を保持するために十分強く又は硬いことが必要である。いくつかの実施において、その特徴が画定され得且つ機械加工され／開発され得るように、材料はエッチング可能又は光に敏感である。時には、材料が、センサ内の他の材料とよく相互作用する、例えば接着することが所望される。さらに、材料は導電性ではない。適切な材料の例は、ＳＵ８（ネガティブエポキシレジスト）及びＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）レジストを含む。
【００７３】
膜−この部分のための材料は、チャンバ内の流体を装填し且つ放出する鼓膜構造を形成する。そのようにして、膜は、所望の距離にわたって前後に曲がり又は伸長し、且つ、弾性特性を有することが要求される。膜材料は、気体及び液体を含む対象の流体へ不浸透性であり、非導電性であり、低い破壊電圧特性又は高い破壊電圧特性のいずれかを有し得る。適切な材料の例は、窒化ケイ素及びテフロン（登録商標）を含む。他の材料が可能である。
【００７４】
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ため、材料は高い電気的面抵抗を有し得るが、高い抵抗特徴は必ずしも所望されない。電極は、膜とともに曲がり且つ伸長することの影響を受けやすく、従って、材料は疲労及び破壊せずに曲がり且つ伸長することを行うようにしなやかであることが望ましい。加えて、電極材料及び膜材料は、動作の条件下でよく接着し、例えば相互から葉裂しない。適切な材料の例は、金及びプラチナの非常に薄い層を含む。他の材料が可能である。
【００７５】
電気的相互接続部−静電容量測定回路からの電圧は、それぞれの区画のそれぞれの膜上の電極へ接続される。これらの電極への導電経路は、導電性材料、例えば金及びプラチナを用いて造られ得る。
【００７６】
他の材料−ＭＥＭＳ加工がマイクロ圧力センサの製造時に用いられるとき、犠牲充填材料、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が用いられ得る。犠牲充填材料もＲ２Ｒ加工において用いられ得る。いくつかの実施において、製造過程で溶剤が用いられ、このことがマイクロ圧力センサの種々の製造材料における追加の要件を出し得る。膜上へ電気回路素子のいくつかを印刷することがあり得る。一般的に、特定の材料は上で特定された一方で、述べられた材料と同様の性質を有する他の材料が用いられ得る。
【００７７】
図４へ参照すると、モジュール方式広範囲マイクロ圧力センサ１００が示される。広範囲マイクロ圧力センサ１００は、相互に積み重ねられ且つスペーサ層１０４ａ−１０４ｂによって離間される複数の（少なくとも２つ且つより多い場合もある）ここでは３つのモジュール１０２ａ−１０２ｃを含む。３つのモジュール１０２ａ−１０２ｃのそれぞれは、特定の圧力範囲に大いに敏感であるように提供される。モジュール方式広範囲マイクロ圧力センサ１００はまた、エンドキャップ１０１ａ、１０１ｂも有する。エンドキャップ１０１ａは、下に在る電極を現すように部分的に脱離される。
【００７８】
モジュール方式広範囲マイクロ圧力センサ１００は、モジュール方式広範囲マイクロ圧力センサ１００が複数のモジュールステージ（ステージ）１０２ａ−１０２ｃを有する点において、モジュール方式広範囲マイクロ圧力センサ１０（図１−図３）と異なる。しかし、動作規則は同様である。それぞれのステージ１０２ａ−１０２ｃは、複数の区画から成り立ち、ここではそれぞれモジュール層１０５ａ−１０５ｃとして参照される。モジュール層１０５ａ−１０５ｃのそれぞれは、複数のサブ区画を有する。モジュール層１０５ａは、図６Ａに示されるような複数のサブ区画２３ａ−２３ｂ（２３ｂの１２個の同一なバージョン）を有し、モジュール層１０５ｂは、図６Ｂに示されるような複数のサブ区画２４ａ−２４ｃ（２４ａの２つの同一なバージョン、２４ｂの６つの同一なバージョン及び２４ｃの２つの同一なバージョン）を有し、且つ、モジュール層１０５ｃは、図６Ｃに示されるような複数のサブ区画２５ａ−２５ｄ（２５ａ、２５ｂ、２５ｃの２つの同一なバージョン及び２４ｄの５つの同一なバージョン）をそれぞれ有する。従って、モジュール層１０５ａ−１０５ｃのそれぞれの中のサブ区画は、数及び構成において異なる（図６Ａ−図６Ｃ参照）。モジュール方式広範囲マイクロ圧力センサ１００（モジュール方式マイクロ圧力センサ１００）は、参照によって上で援用された特許出願において検討された狭範囲マイクロ圧力センサと比較して、高い感度（広い圧力範囲にわたる静電容量における比較的大きい変化）を有する。
【００７９】
３つのステージ１０２ａ−１０２ｃのそれぞれは、少なくとも１つ及び概して数個の又は多くのモジュール層１０５ａ−１０５ｃから成り立つ。図４において、それぞれのステージ１０２ａ−１０２ｃは、数個のモジュール層１０５ａ−１０５ｃから成り立つことが示される。本明細書において用いられる場合、モジュール層１０５ａ−１０５ｃはまた、繰り返し可能な層とも称される。モジュール層１０５の第１の部分は、概して、マイクロ圧力センサ１００の一側面上に、（モジュール層１０５の１つとして参照される）対のポート１０７ａを有し（図２のポート１２ａ−１２ｃと同様である）、モジュール層１０５の第２の部分は、マイクロ圧力センサ１００の反対の側面上（後方）に（示されてはいない）対のポートを有する（図２のポート１４ａ−１４ｄと同様である）。従って、それぞれのモジュール層１０５ａ−１０５ｃは、ここでは４つの壁のうちの１つの中に対の開口部を有する。１つのモジュール中の開口部が、マイクロ圧力センサ１００の側面上にあり、それが隣接するモジュール層中に開口部を有する一側面と直接対向するように、モジュール層１０５ａ−１０５ｃは交互にされる。
【００８０】
図４Ａへ参照すると、モジュール層１０５は、概して、電極１１１ｃを担持する膜１１１ｂを支持するボディ層１１１ａを含み、膜１１１ｂは（別のモジュール上の別の膜とともに）区画を提供する。ボディ層１１１ａは対のポート１０７ｂを有する。電極１１１ｃは、金属ビアによる測定回路へ接続のためのタブ１１１ｄを有する。ホール１１１ｅはボディ１１１ａの周縁部分を通して提供される。それぞれのモジュール１０５は、金属ビアを通して１つのタブ１１１ｄと接触する１つのホールを有する。従って、４つのモジュール１０５の積み重ねは、金属ビアを通して４つのホールのそれぞれと接触するように用いられる。従って、図４に示されるように、頂部モジュール、例えばモジュール１０５ａにおける電極１１１ｃは、金属ビアを通して第１のホールを接触し、積み重ねにおける頂部モジュール１０５ａから５番目のモジュール（ステージ１０２ｂ中のモジュール１０５ｂのうちの第１のモジュール）の中の電極１１１ｃは、金属ビアを通して、第１のモジュールにおけるホールのように、第５のモジュールの対応する位置におけるホールへ接触する。
【００８１】
電極は、他の要素へ取り付けられるように予め準備されたシートであり得、電極は、例えば印刷によって又は以下で検討されるような他の技術で、それらの要素の上へ直接形成され得る。従って、複数、例えば２、３又は任意の所望の数のモジュール及びモジュール層は、モジュール方式の積み重ねられたマイクロ圧力センサ１００内に複数の中間区画を形成するように相互に積み重ねられる。積み重ねにおいて、それぞれの膜はボディによって分離され、それぞれのボディは膜によって分離される。完全なモジュール方式の積み重ねられたマイクロ圧力センサ１００を形成するために、エンドキャップは、モジュールの積み重ねの頂部の端及び底部の端のそれぞれに位置付けられることによって、図４に示されるように、モジュール上のエンドキャップは、モジュール方式の積み重ねられたマイクロ圧力センサの２つの固定化されたエンド壁を形成する。
【００８２】
３つのステージ１０２ａ−１０２ｃのそれぞれは、特定の圧力範囲に大いに敏感であるように構成される。つまり、１つのステージ、例えばステージ１０２ａは、所与の圧力範囲、例えばＲ１における圧力に大いに敏感であり、それに対してステージ１０２ｂ及び１０２ｃは、圧力範囲Ｒ１における圧力感度への比較的小さい寄与を提供するが、ステージ１０２ｂ−１０２ｃのそれぞれは、所与の圧力範囲Ｒ２及びＲ３における圧力へそれぞれ高い感度であり、それらのそれぞれの圧力範囲の外側の圧力変化への感度への比較的小さい寄与を提供する。
【００８３】
示されるように、広範囲マイクロ圧力センサ１００の電極へ結合される（線１０６ａ、１０６ｂによって表される）、（図２において検討されたような）静電容量測定回路及びコントローラがまた図４に示される。ビア１０８ａ−１０８ｄは、モジュール層１０５のそれぞれの端に存在する。内部では、ビア１０８ａ及び１０８ｂが線１０６ａによって表される接続を有効に提供するように接続され、ビア１０８ｃ及び１０８ｄは接続され、線１０４ｂによって表される接続を有効に提供する。
【００８４】
図５へ参照すると、ステージ１０２ａ−１０２ｃのそれぞれは、膜の休止又は静止位置（０の圧力差）に対応するバルク静電容量値Ｃｂ、及び０でない圧力差へ応答する膜の屈曲位置に対応する可変静電容量値Ｃｖを有するコンデンサとして電気的にモデル化された１２０ａ’−１２０ｃ’であり得る。図５において、モデル１２０ａ’−１２０ｃ’のそれぞれは、それぞれのステージにおけるそれぞれのモジュール層１０５に対応するバルク静電容量値Ｃｂ及び可変静電容量値Ｃｖを有するように示されている。コンデンサのそれぞれは並列で電気的に接続される。並列で接続されるコンデンサは、個々のコンデンサの静電容量の合計である総計静電容量を有する。
【００８５】
いくつかの手法が、マイクロ圧力センサ１００を提供するために用いられ得る。基本的に、全ての手法に共通することは、異なる圧力範囲への対応する高い感度を有する複数のモジュールの製作である。対応する高い感度を有するそのような複数のモジュールは、異なる圧力範囲への高い感度を有する複数のサブ区画（少なくとも２つのサブ区画のそれぞれ）を有するように構成され得る。
【００８６】
所与の標準サイズのチャンバのために広い圧力範囲にわたる高い感度を提供するための１つの機構は、相互に比較して異なる硬さの膜を作製する。ここで説明されるのは、膜を有効により硬く又はより硬くなく作製するために、区画内に異なる開口部サイズを提供することによって、異なる「有効」硬さで膜を提供するための機構である。一般に、膜がより硬いほど、より高い圧力が膜を屈曲させるために要求され得る。
【００８７】
図６Ａ−図６Ｃへ参照すると、これらの図はボディ層内にサブ区画を提供するためにボディ層を形成するための３つの異なるパターンを示す。ボディ層の集合（例えば、積み重ねの中の１又は複数のボディ層）にわたって、サブ区画を囲む膜が配置される。膜は、ボディ層とともにモジュール層１０５を提供する電極（両方とも示されていない）を担持する（図５に示される）。ボディ層は、サブ区画の複雑なパターンを提供するためにパターニングされる。それぞれの区画の複雑なパターンは変化し得るが、図６Ａ−図６Ｃに示されるこれらの典型的なパターンは、パターンを選択する際に従われ得る一般的な概念を描写する。例えば、それぞれのサブ区画が、そのようなサブ区画内への経路を別として、ボディ層材料のフレーム内に封入されること、つまり、それぞれのサブ区画がボディ層材料によって実質的に囲まれることを考えられたい。ボディ層材料のフレームにより囲まれることによって、膜は、ボディ層へ接着し得る適切な表面を提供する。
【００８８】
図６Ａは、２つの異なるサイズの面積のサブ区画の複雑なパターンの例である。１つのサブ区画２３ａは大きいサブ区画であり、他はサブ区画２３ａに対して実質上同一の区域にわたる１２のより小さいサブ区画２３ｂである。図６Ａにおいて、大きいサブ区画２３ａ、及び比較的より小さいサブ区画２３ｂのうちの４つは、ポート１０７ａへ流動的に接続され、残りの８つの比較的より小さいサブ区画２３ｂは、ポート１０７ｂへ流動的に接続される。
【００８９】
図６Ｂは、３つの異なるサイズの面積のサブ区画の複雑なパターンの例である。２つのサブ区画２４ａは、大きいサブ区画であり、４つのサブ区画２４ｂはサブ区画２４ａと比較してより小さく、２つの他のサブ区画２４ｃはサブ区画２４ｂと比較してより小さい。図６Ｂにおいて、大きいサブ区画２４ａの１つ、より小さいサブ区画２４ｂの３つ及びさらにより小さいサブ区画２４ｃの１つは、ポート１０７ａの１つへ流動的に接続され、残りの大きいサブ区画２４ａ並びに３つのより小さいサブ区画２４ｂ及びサブ区画２４ｃは、流動的にポート１０７ｂへ接続される。
【００９０】
図６Ｃは、４つの異なるサイズの面積のサブ区画の複雑なパターンの例である。２つのサブ区画２５ａは比較的大きいサブ区画であり、２つのサブ区画２５ｂはサブ区画２５ａに比較してより小さく、２つの他のサブ区画２５ｃはサブ区画２５ｂに比較してより小さく、４つの他のサブ区画２５ｄはサブ区画２５ｃに比較してより小さい。図６Ｂにおいて、大きいサブ区画２５ａの１つは及びそれぞれのより小さいサブ区画２５ｂ、２５ｃ及び２５ｄの１つは、ポート１０７ａの１つへ流動的に接続され、残りのサブ区画はポート１０７ｂへ流動的に接続される。
【００９１】
図６Ａ−図６Ｃにおいて、サブ区画は、モジュール層を提供する際に、ボディ層材料、すなわち開口部、すなわち（膜によって覆われる）ホールを通して全体的にパターニングされ得、いくつかの例においては、ボディ層材料を通して部分的にのみパターニングし、ボディ層内のホールよりもむしろ（膜によって覆われる）浅薄領域を提供し、モジュールの背面上に残るボディ層材料を有することが要求され得又は所望され得る。それぞれの区画の有効硬さを修正するこの手法は、以下で検討される加工技術において実施するために比較的簡単である。
【００９２】
再度の参照のために、標準サイズの区画が定義され得る。標準サイズの区画は任意のサイズであり得る一方で、本明細書での検討において、名目上は、長さ１．５ｍｍ×幅１．５ｍｍ×高さ５０ミクロンである。それぞれの複雑にパターニングされた区画は、標準サイズの区画内の特定の複雑なパターンを画定する複数のサブ区画を形成するために、マイクロセンサボディ材料をパターニングすることによって、マイクロセンサボディ材料から形成される（その例が図６Ａ−図６Ｃに示された）。つまり、「標準サイズの区画」内の複数のサブ区画は基準の標準サイズの区画に対して選択されたサイズ（表面積）を有する。
【００９３】
再度標準サイズの区画の基準に対して、複雑なパターンの区画は、標準サイズの区画内に複数のサブ区画を形成する別様な標準サイズの区画の一部の中にボディ材料を残す任意のパターンであり得る。
【００９４】
膜は電極を担持し、区画は対の膜によって束縛され、それぞれの膜は対応する電極を担持する。
【００９５】
図６Ａ−図６Ｃの複雑なパターンの区画において、流体、例えば空気は、複雑なパターンの区画内のサブ区画の全てを充填するポート１０７ａ、１０７ｂを通って入り、区画の全ての部分は同一の圧力を経験する。（基準、例えばポート１０９ａ、１０９ｂへ結合される大気圧にある）隣接する区画における圧力に比較して所与の区画において圧力が増加するにつれて、（図２、図３におけるように）それぞれの区画の膜は屈曲する。膜が屈曲するとき、静電容量は、膜によって経験される屈曲の量に従って変化する。
【００９６】
図４Ａへ戻って参照し且つ図６Ａを考慮すると、ステージ１０２ａの一部であるモジュール層１０５ａにおいて図６Ａのパターンが用いられ（図４）、モジュール１０５ａは２ｐｓｉから４ｐｓｉの範囲にわたって敏感であることを想定する。
【００９７】
２ｐｓｉまで、膜１０５ｂの屈曲の量は比較的最小限である。これは、サブ区画２３ａ及び２３ｂのサイズジング（表面積）が、２ｐｓｉより下の圧力に最小限に応答するように選択されるためである。感度（静電容量の変化対圧力の変化）は、概して上で検討されたように、膜／電極の組み合わせのヤング率、開口部の表面積、対の電極間の材料の誘電率、電極のサイズ及び開口部の高さを知ることでモデル化され得る。２ｐｓｉで、又は２ｐｓｉよりわずかに上で、サブ区画２３ａ、２３ｂにわたる膜の一部が屈曲し始める。
【００９８】
しかし、サブ区画２３ａにわたる２ｐｓｉで又は２ｐｓｉよりわずかに上での膜１０５ｂの屈曲量は、サブ区画２３ｂにわたる屈曲量よりも実質的に多い。膜１０５ｂは、内部と同様にボディのフレームに沿ってボディ層へ添付され、従ってサブ区画２３ａ、２４ａのそれぞれにわたる個々の膜を提供するので、屈曲の相対量は、サブ区画２３ａ及び２３ｂにわたる膜部分の表面積における差に関連し得る。２ｐｓｉより上であるが４ｐｓｉより下のいくらかの圧力で、サブ区画２３ａにわたる膜部分はもはや応答せず、膜１０５ｂ及び隣接するモジュール層１０５からの対応する膜１０５ｂの両方が集まり且つ接触する。
【００９９】
しかし、サブ区画２３ｂにわたる膜部分は、いまだ圧力変化に応答可能であり、従って、静電容量における一定の変化を提供する。従って、覆っている膜上のそれぞれの区別される対の電極は、固定された又はバルク静電容量及び可変静電容量を並列で有効に提供する。それぞれのモジュール及びそれぞれのサブ区画は、固定された又はバルク静電容量及び可変静電容量を同じく有効に提供する。それらの静電容量の全てが並列であり、従って総計の固定された又はバルク静電容量及び総計の可変静電容量を提供するように加算される。考慮する設計検討は、いずれのサブ区画も、膜が屈曲することを引き起こし且つ膜の材料の弾性限界を超える最大圧力を示さない規定を含む。
【０１００】
従って、それぞれのステージ１０２ａ−１０２ｃは、複数のモジュール層１０５から成り立ち得、所与のステージ１０２ａ−１０２ｃ内において、複数のモジュール層１０５は、図６Ａ−図６Ｃにおいて検討されたタイプのモジュール層であり得る。１つの実施において、ステージ１０２ａは、図６Ａにおいて検討されたタイプの複数のモジュール層１０５から成り立ち、ステージ１０２ｂは、図６Ｂにおいて検討されたタイプの複数のモジュール層１０５から成り立ち、ステージ１０２ｃは、図６Ｃにおいて検討されたタイプの複数のモジュール層１０５から成り立つ。他の配置及び構成があり得る。
【０１０１】
図７は、頂部キャップ及びスペーサ層を有し、及び、複雑にパターニングされたボディ層を例示するための第１の少数のモジュール層１０５から膜／電極が取り除かれた、図４のモジュール方式広範囲マイクロ圧力センサ１００を示す。ステージ１０２ａ−１０２ｃは、スペーサ層１０４ｂ及び１０４ｃ、エンドキャップ１０１ｂ及びフロントポート１０７ａによって離間されて指し示される。
【０１０２】
図８は、モジュール１０５（図４）が取り外されているが、エンドキャップ１０１ａ、１０１ｂ及びスペーサ１０４ａ−１０４ｃを示す、図４のモジュール方式広範囲圧力センサ１００を示す。
【０１０３】
図４へ戻って参照すると、モジュール方式マイクロ圧力センサ１００は、従って、積み重ねられたモジュール層１０５から成り立つ「標準サイズ」区画の「標準サイズ」区画（図１について）から製作され得るが、上で検討されたように、積み重ねられたモジュール層１０５は、「標準サイズの」区画へ再度参照される複雑な区画でパターニングされた複数のモジュール層の少なくともいくつかを有することによって、延在された圧力範囲にわたる高い圧力感度、すなわち「高感度マイクロ圧力センサ」を有する。１つの実施において、モジュールを形成するモジュール層のそれぞれのセットは、複雑にパターニングされた区画の同一のタイプから成り立つ。
【０１０４】
マイクロ圧力センサ１００のそれぞれの膜は、その中央の公称位置に対して２つの対向する方向に動く。膜の両方の側面上の圧力差に応答して、膜自体と隣接する膜との距離、及び従って、膜自体及び隣接する膜によって担持される対の電極間距離を拡大又は低減のいずれかをするように膜が屈曲し、それに付随して、２つの電極間に提供される有効なコンデンサの静電容量値を増加又は減少のいずれかをする。膜は、区画の高さより小さい、例えばその半分の距離を移動する。結果として、膜は、より少ない屈曲及びより少ない応力を経験し、より長い寿命につながり且つ材料のより良い選択を可能とする。
【０１０５】
加えて、膜のそれぞれが１つでない電極を担持し、静電容量が感知されるため、これらのコンデンサ及びより詳しくはこれらの電極は、コンデンサが並列に接続されるように接続され得る。並列に接続されるコンデンサは静電容量を追加する。従って、膜及び対の電極により形成されたコンデンサを並列に接続することによって、モジュール方式広範囲マイクロ圧力センサ１００は、単一の膜及び対の電極により形成された単一のコンデンサに比べて、より高いバルク静電容量及びより高い範囲の可変静電容量、並びに従ってより高い感度（静電容量の変化毎の圧力変化）を有する。感度のための典型的な値は、０．０から１００ｐｓｉの範囲にわたる０．０５ｐｓｉの変化毎の０．０２ｐｆの静電容量の変化などであり得る。他の範囲及び感度は、区画及びサブ区画の材料及び寸法の異なる選択によって提供され得、同様にして、より多い又はより少ないモジュール毎のモジュール層、及びモジュール方式広範囲マイクロ圧力センサ１００毎のより多い又はより少ないモジュールを提供することによって提供され得る。
【０１０６】
膜、エンドキャップ及びボディは、同一の寸法を有し得、電極は、膜又は他の要素よりも小さい寸法を有し得る。いくつかの実施において、膜は、約数ミクロン×数ミクロンから約数ミリメートル×数ミリメートルの寸法、及び約５ミクロンの厚さを有する。ボディは、約数ミクロン×数ミクロンから約数ミリメートル×数ミリメートルの外部寸法、約５０ミクロンの厚さ、及び、約数ミクロン×数ミクロンから約数ミリメートル×数ミリメートルの内部寸法を有する。ボディの厚さは、区画（図１の区画と同様）の公称寸法を画定する。電極は、ボディの内部寸法に実質的に対応する寸法を有する。いくつかの実施において、電極は、約２．２５ｍｍ２の表面積及び約０．０１ミクロン（１００オングストローム）の厚さを有する。組み立てられたモジュール層は図４Ａに示された。
【０１０７】
図９へ参照すると、典型的な計算値の表が示されており、その表は、（参照によって援用される出願からの）標準マイクロ圧力センサにおける１モジュールマイクロ圧力センサ及び７モジュールマイクロ圧力センサでのピコファラド単位で静電容量の計算値を、分離（電極間の距離）及び水のｃｍで表現された対応する圧力とともに有する。５０ミクロンの分離（静止状態）において、１つのコンデンサの静電容量は０．３８ｐＦであり、７つは２．２６ｐＦであり、水圧は０．００ｃｍである。マイクロ圧力センサ１０及び１００のために同様の特性付けが提供され得る。
【０１０８】
図１０及び図１１は、（参照によって援用される出願からの）標準マイクロ圧力センサにおける典型的なプロットを示し、図１０は１モジュール及び７モジュール（コンデンサ）について、圧力（水のｃｍ）対ｐＦ単位の静電容量をプロットする。７モジュールにおいて、静電容量におけるより大きい範囲は、１つのコンデンサ（単一ステージモジュール）のための静電容量範囲との比較における同一の圧力範囲のために提供され得る。同様の特徴づけは、マイクロ圧力センサ１０及び１００のために提供され得る。
【０１０９】
図１１は、（参照によって援用される出願からの）標準的マイクロ圧力センサの動作する範囲において実質的に線形である静電容量対圧力、及び分離対圧力を示す。同様の特徴づけが、マイクロ圧力センサ１０及び１００のために提供され得る。
【０１１０】
マイクロ圧力センサを生産するためのロールツーロール加工
図１２、図１２Ａへ参照すると、ロールツーロール加工ラインの概念図が例示される。加工ラインは、数個のステーション、例えば、堆積、パターニング及び他の加工が起こる（囲まれるサブ区画であり得又は含み得る）ステーション１からステーションｎを備える。従って、大まかなレベルで見られる加工は加算的であり得（望まれる場所で正確に材料を追加する）、又は減算的であり得る（望まれない場所で材料を取り除く）。堆積加工は、蒸発、スパッタリング、及び／又は化学気相成長（ＣＶＤ）を含み、必要であれば印刷も同様に含む。パターニング加工は、パターニングされる特徴の解像度に依存する走査レーザ及び電子ビームパターン生成、機械加工、光学リゾグラフィ、グラビア及びフレキソ（オフセット）印刷のような技術を、要件に依存して含み得る。インクジェット印刷及びスクリーン印刷は、導電体のような機能性材料を記入するために用いられ得る。穴あけ、刷り込み及びエンボッシングのような他の技術が用いられ得る。
【０１１１】
本来の未加工ロールは、柔軟性材料のウェブである。ロールツーロール加工において、柔軟材料のウェブは、任意のそのような材料であり得、典型的にはガラス又はプラスチック又はステンレス鋼である。任意のこれらの材料（又は他の物）が用いられ得る一方で、プラスチックは、ガラス及びステンレススチールよりも低いコスト検討の優位点を有する。特定の材料が、マイクロ圧力センサの用途に従って決定される。用途において、遭遇する温度に耐え得るステンレス鋼又は他の材料などの材料が用いられ得、テフロン（登録商標）及び遭遇する温度に耐え得る他の材料も用いられ得る。
【０１１２】
図１−図４において示される構造のために、ロールツーロール加工ライン内のステーションは、要求される加工に従って設定される。従って、エンドキャップ及び頂部キャップはウェブ又はプラスチックシート上に形成され得る一方で、１つの実施においてエンドキャップ及び頂部キャップは、説明されるように、マイクロ圧力センサ積み重ねの形成後に提供される。
【０１１３】
プラスチックウェブは、パターニングステーションに続く堆積ステーションにあるウェブ上の材料の堆積によってボディを支持するために用いられる。ボディは、形成ステーションで形成される。ボディを有するウェブは、ステーションにおいて、ボディにわたって膜を堆積させられる。パターニングステーションでパターニングされた電極が、堆積ステーションで膜にわたって堆積される。膜上に支持されるパターニングされた電極を有する膜シートは、ボディ上に提供される。それぞれの膜上の電極へ接続するための電気的相互接続部は、導電性材料、例えば、金、銀及びプラチナ層（又は、銀インクなどの導電性インク）を堆積することによって提供される。いくつかの実施において、電気回路素子のいくつかは、膜上へ印刷される。
【０１１４】
マイクロモジュールユニット（ボディ並びに電極及び電気接続部を有する膜）を有するロールがダイシングされ、マイクロモジュールユニットは、収集され且つマイクロモジュールの積み重ねの中へ組み立てられ且つマイクロ圧力センサ１０又は１００を提供するためにエンドキャップ及び頂部キャップを含むことによって梱包される。ウェブ上のユニットのレイアウトに依存して、ユニットの積み重ねの中へモジュールユニットのウェブをたたむことが可能であり得、多くのユニットの膜層又は全体層上に提供される電極は、ダイシングされ且つ梱包される前に積み重ねを提供するために共に積層され得る。
【０１１５】
膜材料は、所望の距離にわたって前後に曲がり又は伸長することが要求され、従って、弾性特性を有するべきである。膜材料は、気体及び液体を含む流体へ不浸透性であり、非導電性であり、高い破壊電圧を保つ。適切な材料の例は、窒化ケイ素及びテフロン（登録商標）を含む。
【０１１６】
電極の材料は導電性である。電極は十分な電流を伝達しない。電極は、膜とともに曲がり且つ伸長しやすく、従って、材料が疲労及び破壊せずに曲がること及び伸長することを行うようにしなやかであることが望ましい。加えて、電極材料及び膜材料はよく接着し、例えば、動作の条件下で相互から葉裂しない。適切な材料の例は、金、銀及びプラチナ層（又は銀インクなどの導電性インク）を含む。剥離材が、バルブの動きを可能とするために用いられ得る。適切な剥離材は、例えば上述された犠牲充填材料を含む。
【０１１７】
図１３Ａ−図１３Ｃへ参照すると、マイクロ圧力センサ１００を提供するための代替となるロールツーロール加工手法が示される。マイクロ圧力センサは、動作時に屈曲する膜を有する。マイクロ圧力センサは、ロールツーロール加工を用いて製作され、ロールツーロール加工において、材料の未加工シート（又は複数の未加工シート）が、シート（単数又は複数）へ適用される特徴を有するように複数のステーションを通過し、シート（単数又は複数）が、製作されるマイクロ圧力センサの合成シートを最終的に生産するために、繰り返し可能な合成層（図４参照）の一部を形成するように連続して巻き取られる。
【０１１８】
図１３Ａへ参照すると、ガラス又はプラスチック又はステンレス鋼のような柔軟性材料のシートがウェブとして用いられる。マイクロ圧力センサの特定の実施において、材料はプラスチックシート、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）である。シート及び従ってボディ層は、ＰＥＴの５０ミクロンの厚さのシートである。他の厚さが用いられ得る。（例えば、シート及びボディ層は、例えば２５ミクロンと２５０ミクロン（又はより大きい）との間の厚さを有し得、公称で５ミクロンである膜は、例えばボディの厚さの約１０％であり得る。厚さは、マイクロ圧力センサの所望の性質、及びロールツーロール加工ラインのハンドリング能力に依拠する。これらの検討は、最大厚さにおける実施上の制限を提供する。同様にして、最小厚さは、構築されるマイクロ圧力センサの所望の性質及びロールツーロール加工ラインにおける非常に薄いシートを扱う能力に依拠する。
【０１１９】
マイクロ圧力センサ１０又は１００のために、層は、ボディ層のための上述されたようなおおよそ５０ミクロンの厚さ、及びマイクロ圧力センサの膜要素のための５ミクロンの厚さを有し得る。しかし、他の厚さがあり得る。シートは、マイクロ圧力センサ１０又は１００のためのサブ区画（例えば、図６Ａ−図６Ｃに示される所望の例のような複雑にパターニングされたサブ区画）、及び整合ホール（示されていないが以下で検討される）を画定又は形成するためのレーザ除去ステーションを構成するために、マスク又はダイレクトライトを用いてマイクロ機械加工がされる。ビアはまた、電気接続のために提供される。マイクロ機械加工は、ボディのフレーム部分を残しながらサブ区画を形成するために、材料、例えばプラスチックを除去する。
【０１２０】
図１３Ｂへ参照すると、画定された区画を有するシートは、積層ステーションで、シートの頂部表面上の１００ＡのＡｌの金属層とともに、第２のシート、例えば５ミクロンの厚いＰＥＴのシートへ積層される。この第２のシートは、サブ区画の画定された特徴により提供されるボディ上の膜を形成する。第２のシートはまた、整合ホール（示されていない）を提供するために機械加工される。
【０１２１】
第２のシートの第１のシートへの積層の前に、第２のシートはまた、ボディ構造と整合されるいくつかの区域わたって数個の無作為に分散したホール又はビューポート（示されていない）を設けられる。これらの無作為に分散したホールは、第１のシート上のボディユニットの下に在る特徴を明らかにし且つ認識するための機械視覚システムにより用いられる。無作為のホールを通して第１のシートにおける認識された特徴を記載することによって、データが生成される。これらのデータは、ボディ上の層から電極を形成するときに、第３の除去ステーションを整合するために用いられる。
【０１２２】
第２のシートは、第１のシート上のプラスチック及び第２のシート上のプラスチックが存在する区域において、第１のシートへ積層され及び従って固着（又は接着）する。この点で、マイクロ圧力センサの繰り返し可能ユニットの合成シートが形成されるが、電極は膜上の層から形成されない。
【０１２３】
機械視覚システムは、マスク（又はダイレクトライト）にレーザ除去ステーションを整合する際に、レーザ除去システムによって用いられるデータファイルを生産する。これによって、レーザ除去システムからのレーザビームはマスクに従った電極を提供し、電極はボディの対応する部分との位置合わせにある。電極は、電極及び導電体の一部でない領域内の金属を取り除くことによって形成され、シート上に絶縁された電極及び導電体を残す。ボディへのパターニングされた電極の位置合わせは、従って、機械視覚システムを用いることにより提供される。機械視覚システムによって、産業において一般的に見られる技術を用いてマスクにレーザビームを整合するためにレーザ除去システムが用いるポジショニングデータを提供する積層された構造の前面上の特徴を観測する。
【０１２４】
図１３Ｃへ参照すると、膜を形成した第２のシート上に堆積される１００Ａ°のＡｌ層を除去することによって電極を形成するために、合成シートがレーザ除去ステーションへ送り込まれる。合成シートは、ボディの対応する領域にわたって電極を画定するために、マスクに従ってパターニングされる。除去ステーションは、シート上の絶縁された電極を残して金属層から金属を除去する。
【０１２５】
水平基板へ取り付けられる鉛直の４つのポストを備え得るジグ（示されない）は、個々のカットダイを積み重ねるために用いられる。ジグ上で、エンドキャップ（例えば金属層を有する５０ミクロンのＰＥＴシート）が提供され、エンドキャップにわたって第１の繰り返し可能ユニットが提供される。繰り返し可能ユニットは、ジグ上の位置にユニットを保持するために、スポット溶接される（局所的な加熱源を適用する）。それぞれの繰り返し可能ユニットが前の繰り返し可能ユニットの上に積み重ねられ、ユニットがスポット溶接される。積み重ねは、積み重ねの一側面上のポート及び積み重ねの他の側面上のポートを有することにより提供され、積み重ねの中のポートのそれぞれを分離する中実な表面を有するようにバルブの配置から生ずるように互い違いに配列される（図６参照）。一度積み重ねが完了されると、頂部キャップ（示されていない）が提供され得る。積み重ねユニットは、示されていない積層ステーションへ送られ、そこで積み重ねが積層され、繰り返し可能ユニットの全て及びキャップを共に積層する。エンドキャップ及び頂部キャップはそのうえ、包装の一部でもあり得る。別様に、繰り返し可能ユニットのセットは対で積層され得又は溶接され得る。組み立てのための他の積み重ね技術が、整合ホールとともに又は整合ホールなしで可能である。
【０１２６】
図１４Ａ、図１４Ｂへ参照すると、上のような一般的なモジュール１０５上にパターニングされた電極と相互接続するようなビア導電体の詳細が示される。これらの図において、電極及びタブのみがビア導電体とともに示される。ビア導電体構造を理解する際の容易さのために、ボディ部分は示されていない。ビア導電体は、城郭様構造であり、すなわち、電極タブに接触する比較的広い区域及び電極中のホールを通る比較的狭い区域を有する。この配置は、電極部分を通るホールよりも大きいボディ部分中のホールを有することにより提供される。これは、ボディのステージ及び電極をそれぞれパターニングする間に達成され得る。ビア導電体は、上述の導電性インクのホールへの導入により形成される。
【０１２７】
本明細書で説明される異なる実施の要素は、明確に上述されていない他の実施形態を形成するために組み合わされ得る。要素は、本明細書において説明された構造からそれらの動作に悪影響を及ぼすことなく除外され得る。さらに、種々の分離した要素は、本明細書において説明された機能を果たすために、１又は複数の個々の要素へ組み合わされ得る。加えて、圧力モジュールが積み重ねで例示される一方で、圧力モジュールが対応するエンドキャップを用意され、且つ、共通の圧力源及び共通の基準から送り込まれる入口及び出口を有する場合には、相互に隣接し且つ相互から離間される圧力モジュールを含む他の配置があり得る。加えて、膜上の電極は、（測定され且つ相互接続されることを必要とする静電容量の数の増加に付随して）下にあるパターニングされたサブ区画に対応するようにパターニングされ得、所与のモジュールのための膜は、単一の膜であり得、又は、下にあるパターニングされたサブ区画に対応する個々の膜へ分割され得る。他の実施形態は以下の請求項の範囲内にある。
【図１】
2021501324.tif 000005
【図２】
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【図２Ａ】
2021501324.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
2021501324.tif 000011
【図６Ａ】
2021501324.tif 000012
【図６Ｂ】
2021501324.tif 000013
【図６Ｃ】
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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１２】
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【図１２Ａ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
2021501324.tif 000024
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
2021501324.tif 000027