圧力検出用部品および圧力検出用装置
【課題】圧力検出用部品において、枠状部に求められる寸法精度を低減する。
【解決手段】
圧力検出用部品１０は、絶縁基体１と、絶縁基体１上に設けられた枠状部２と、絶縁基体１との間に密閉空間１３を形成するように枠状部上に設けられたダイヤフラム３と、ダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に相互に離間させて設けられた、静電容量形成用の第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２とを備えている。
【解決手段】
圧力検出用部品１０は、絶縁基体１と、絶縁基体１上に設けられた枠状部２と、絶縁基体１との間に密閉空間１３を形成するように枠状部上に設けられたダイヤフラム３と、ダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に相互に離間させて設けられた、静電容量形成用の第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出用部品およびこれを用いた圧力検出用装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧力を検出するための圧力検出用部品として、静電容量型の圧力検出用部品が知られている。静電容量型の圧力検出用部品としては、例えば、特許文献１に記載の圧力センサ（圧力検出用部品）が挙げられる。
【０００３】
特許文献１に記載の圧力検出用部品は、基板（絶縁基体）およびダイヤフラムの互いに対向するそれぞれの表面に電極が形成されており、ダイヤフラムの歪みによる電極間の静電容量の変化を測定することで、ダイヤフラムにかかる圧力の大きさを検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の圧力検出用部品は、絶縁基体とダイヤフラムとの間にガラススペーサ（枠状部）が設けられており、絶縁基体およびダイヤフラムのそれぞれに電極が形成されていることから、枠状部の厚みが電極間距離に大きな影響を与えていた。そのため、枠状部の厚みに高い寸法精度が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様に基づく圧力検出用部品は、絶縁基体と、絶縁基体上に設けられた枠状部と、絶縁基体との間に密閉空間を形成するように枠状部上に設けられたダイヤフラムと、ダイヤフラムの絶縁基体と対向する側の面に相互に離間させて設けられた、静電容量形成用の第１の電極パターンおよび第２の電極パターンとを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様に基づく圧力検出用部品によれば、静電容量形成用の第１の電極パターンおよび第２の電極パターンがダイヤフラムの絶縁基体と対向する側の面に設けられている。第１の電極パターンおよび第２の電極パターンとの間には静電容量が形成される。ダイヤフラムが外部から圧力を受けたときに、その応力に応じてダイヤフラムが撓んで、第１の電極パターンと第２の電極パターンとの間隔が変化する。この静電容量の変化を測定することによって外部の圧力の大きさを検知することができる。これにより、絶縁基体およびダイヤフラムのそれぞれに電極パターンが設けられている場合と比較して、枠状部の厚さの電極間の距離に与える影響が低減されている。このため、圧力検出用部品は、枠状部の厚みに必要な寸法精度が低減されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態の例の圧力検出用部品およびこれを用いた圧力検出用装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの下面図である。
【図３】図１に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの変形例を示す下面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の例の圧力検出用部品およびこれを用いた圧力検出用装置を示す断面図である。
【図５】図４に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの下面側から見た斜視図である。
【図６】図４に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの変形例を下面側から見た斜視図である。
【図７】図４に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの変形例を下面側から見た斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の例の圧力検出用部品のダイヤフラムを第１の電極板の主面に垂直な断面で見た断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の例の圧力検出用部品およびこれを用いた圧力検出用装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明のいくつかの実施形態の例について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１〜３に示すように、本発明の第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、絶縁基体１と、絶縁基体１の上面に設けられた枠状部２と、絶縁基体１との間に密閉空間１３を形成するように枠状部２上に設けられたダイヤフラム３と、ダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に相互に離間させて設けられた、静電容量形成用の第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２とを備えている。第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間には静電容量が形成される。ダイヤフラム３が外部から圧力を受けたときに、その圧力に応じてダイヤフラム３が撓んで、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間隔が変化する。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を測定し、演算を行なうことによって外部の圧力の大きさを求めることができる。なお、圧力の大きさを求めるための演算は、絶縁基体１の下面の凹部１６に半導体素子６を設け、この半導体素子６を用いて行なうことができる。また、圧力検出用部品１０の外部に別途装置を設け、この装置を用いて演算を行なうこともできる。
【００１１】
本発明の第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、静電容量形成用の第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２がダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に設けられている。これにより、絶縁基体１とダイヤフラム３のそれぞれに電極パターンが設けられている場合と比較して、枠状部２の厚みの電極間の距離に与える影響が低減されている。このため、圧力検出用部品１０は、枠状部２の厚みに必要な寸法精度が低減されている。
【００１２】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における絶縁基体１は、平面視したときの形状が円形状である。また、絶縁基体１の下面側には半導体素子６を収納するための凹部１６が形成されている。このように、平面視したときに絶縁基体１の形状が円形状であることから、ダイヤフラム３に外部の圧力が加わった際に枠状部２を経由して絶縁基体１に伝わる力が偏ることを抑制することができる。その結果、絶縁基体１に部分的に大きな変形が生じる可能性を低減することができるので、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。なお、本例においては、絶縁基体１は平面視したときの形状が円形状であるが、特にこれに限られるものではなく、四角形状、楕円形状、または多角形状であってもよい。
【００１３】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における絶縁基体１としては、酸化アルミニウム質焼結体（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム質焼結体（ＡｌＮ）、ムライト質焼結体（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化珪素質焼結体（ＳｉＣ）、窒化珪素質焼結体（Ｓｉ３Ｎ４）またはガラスセラミックス等の絶縁材料を用いることができる。
【００１４】
また、絶縁基体１の上面の外周部であって枠状部２が設けられる領域には、第１の金属
層８１が設けられている。第１の金属層８１が設けられることによって、絶縁基体１と絶縁基体１の上面に設けられる枠状部２とをろう付けする場合に、相互の接合性を向上させることができる。第１の金属層８１としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００１５】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における枠状部２は、絶縁基体１の上面に設けられている。このように、枠状部２が設けられていることによって、絶縁基体１とダイヤフラム３との間に所定の間隔を確保することができる。これにより、ダイヤフラム３に外部の圧力が加わったときに、ダイヤフラム３を撓ませることができる。
【００１６】
また、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、枠状部２の厚みの電極間の距離に与える影響が低減されていることにより、従来の圧力検出用部品と比較して、枠上部２の厚みを大きくすることができる。これにより、ダイヤフラム３を大きく撓ませることができるようになるため、圧力検出用部品１０は、外部から加わる圧力の検出範囲が拡大されている。
【００１７】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における枠状部２は、枠状部２の内周が円形状である。このように、平面視したときに枠状部２の内周が円形状であることから、ダイヤフラム３に外部の圧力が加わった際に枠状部２に伝わる力を分散させて絶縁基体１に伝えることができる。その結果、絶縁基体１に部分的に大きな変形が生じる可能性を低減することができるので、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。なお、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０においては、枠状部２の内周が円形状であるが、特にこれに限られるものではなく、四角形状、楕円形状、または多角形状であってもよい。
【００１８】
枠状部２は、絶縁材料によって形成される。具体的には、酸化アルミニウム質焼結体（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム質焼結体（ＡｌＮ）、ムライト質焼結体（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化珪素質焼結体（ＳｉＣ）、窒化珪素質焼結体（Ｓｉ３Ｎ４）またはガラスセラミックス等の絶縁材料を用いることができる。さらに、枠状部２は、絶縁基体１と同じ材料を用いて形成されることが好ましい。これにより枠状部２と絶縁基体１との熱膨張率差を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができるからである。
【００１９】
また、枠状部２の下面には第２の金属層８２が、上面には第３の金属層８３が、それぞれ設けられている。これらの第２の金属層８２および第３の金属層８３が設けられることによって、枠状部２と絶縁基体１との接合性および枠状部２と枠状部２の上に設けられるダイヤフラム３とをろう付けする場合に、相互の接合性を向上させることができる。第２の金属層８２および第３の金属層８３としては、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）および銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００２０】
枠状部２は第１の金属層８１および第２の金属層８２を介してろう材等によって絶縁基体１に接合されている。ろう材としては、例えば銀ろうを用いることができる。
【００２１】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０におけるダイヤフラム３は、絶縁基体１との間に密閉空間１３を形成するように枠状部２の上に設けられている。
【００２２】
ダイヤフラム３は、平面視したときの形状が円形状である。これにより、外部から圧力を受けたときにダイヤフラム３に生じる応力のばらつきを小さくすることができる。そのため、圧力検出用部品１０の感度を向上させることができる。なお、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０においては、ダイヤフラム３は円形状であるが、特にこれに限られ
るものではなく、四角形状、楕円形状、または多角形状であってもよい。
【００２３】
ダイヤフラム３は、絶縁材料によって形成される。具体的には、酸化アルミニウム質焼結体（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム質焼結体（ＡｌＮ）、ムライト質焼結体（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化珪素質焼結体（ＳｉＣ）、窒化珪素質焼結体（Ｓｉ３Ｎ４）またはガラスセラミックス等の絶縁材料を用いることができる。さらに、ダイヤフラム３は、枠状部２と同じ材料を用いて形成されることが好ましい。これによりダイヤフラム３と枠状部２との熱膨張率差を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができるからである。
【００２４】
また、ダイヤフラム３の下面の外周部には、第４の金属層８４が設けられている。このような第４の金属層８４が設けられることによって、ダイヤフラム３と枠状部２とをろう付けする場合に、相互の接合性が向上されている。第４の金属層８４としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００２５】
ダイヤフラム３は第４の金属層８４を介してろう材等によって枠状部２に接合されている。ろう材としては、例えば銀ろうを用いることができる。
【００２６】
このように、ダイヤフラム３と絶縁基体１とによる密閉空間１３の形成は、絶縁基体１と枠状部２および枠状部２とダイヤフラム３をろう材によって接合することにより行うことができる。これにより、後述する第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２の外気による変質を抑制することができる。その結果、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。なお、密閉空間１３の内部には、不活性気体を充填することができる。不活性気体としては、窒素（Ｎ２）またはアルゴン（Ａｒ）等を用いることができる。これにより、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２の変質をさらに抑制することができる。
【００２７】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２は、ダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に相互に離間されて設けられている。第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間には静電容量が形成される。ダイヤフラム３が外部から圧力を受けたときに、その圧力に応じてダイヤフラム３が撓んで、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間隔が変化する。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を測定し、演算を行なうことによって外部の圧力の大きさを求めることができる。なお、圧力の大きさを求めるための演算は、絶縁基体１の下面の凹部１６に半導体素子６を設け、この半導体素子６を用いて行なうことができる。また、圧力検出用部品１０の外部に別途装置を設け、この装置を用いて演算を行なうこともできる。
【００２８】
そして、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２がダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に設けられていることにより、絶縁基体１およびダイヤフラム３のそれぞれに電極パターンが設けられている場合と比較して、電極パターン間の距離の調整を容易に行なうことができる。
【００２９】
また、枠状部２とダイヤフラム３とが接する領域において、第１の電極パターン４１は後述する第１の配線導体５１と、第２の電極パターン４２は後述する第２の配線導体５２と、それぞれ電気的に接続されている。なお、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２は、短絡を防止するために、第４の金属層８４と離間するように設けられている。
【００３０】
第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２としては、導電性の良好な材料を用いることが望ましい。具体的には、導電性の良好な材料として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００３１】
図２に示すように、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２のそれぞれは、複数の電極指の端部が共通電極によって接続された櫛状のパターンとなっている。また、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２は、櫛状のパターンのそれぞれの電極指が交互に並ぶように互いに向かい合わせて配置された、いわゆるＩＤＴ電極の配置となっている。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２とが対向している部分の長さを大きく確保することができる。したがって、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間に形成される静電容量を大きくすることができ、圧力検出用部品１０の外部からの圧力に対する感度を向上させることができる。
【００３２】
図２においては、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２は、４本の電極指４１０および電極指４２０を備えているが、形成される静電容量を考慮すると５０本以上備えていることが好ましい。
【００３３】
また、図３に示すようにダイヤフラム３の最大振幅部３１を中心として、これを所定の間隔を空けて囲むように第１の電極パターン３４１を設け、この第１の電極パターン３４１を囲むように第２の電極パターン３４２を設けてもよい。このように最大振幅部３１を避けて電極パターンが設けられていることにより、第１の電極パターン３４１および第２の電極パターン３４２を設けることによるダイヤフラムの変形への影響を低減することができる。
【００３４】
なお、ここでいうダイヤフラム３の「最大振幅部」とは、枠状部２の上に設けられた状態のダイヤフラム３に圧力を加えた際に、ダイヤフラム３が最も大きく撓む部分を意味する。一般的なダイヤフラム３における最大振幅部３１は、枠状部２の内周の平面視形状が円形状である場合は、ダイヤフラム３の下面のうち密閉空間１３に面している領域の中央部分である。また、枠状部２の内周の平面視形状が四角形状または正多角形状である場合は、圧力検出用部品１０を平面透視したときに、ダイヤフラム３のうち枠状部２の内周の対角線の交点と重なる部分が最大振幅部３１である。
【００３５】
なお、このようにダイヤフラム３の最大振幅部３１を中心として、これを囲むように第１の電極パターン４１を設け、この第１の電極パターン４１を囲むように第２の電極パターン４２を設けるように配置した場合、第１の電極パターン４１と第１の配線導体５１とを接続するための、第３の配線導体５３をダイヤフラム３の内部に形成することが望ましい。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との短絡の可能性を低減しつつ、第１の電極パターン４１と後述する第１の配線導体５１との接続を行なうことができる。
【００３６】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、さらに第１の配線導体５１および第２の配線導体５２を備えている。第１の配線導体５１は、第１の電極パターン４１および絶縁基体１の凹部１６に設けられる半導体素子６を電気的に接続するために設けられている。また、第２の配線導体５２は第２の電極パターン４２および半導体素子６を電気的に接続するために設けられている。第１の配線導体５１および第２の配線導体５２は、枠状部２および絶縁基体１の内部に設けられており、枠状部２の上面および絶縁基体１の凹部１６にそれぞれ露出している。なお、短絡を防止するために、第１の配線導体５１および第２の配線導体５２は、それぞれ互いに離間し、さらに第１の金属層８１、第２の金属層８２
および第３の金属層８３と離間するように設けられている。
【００３７】
第１の配線導体５１および第２の配線導体５２としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００３８】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、さらに外部配線導体７を備えている。外部配線導体７は、絶縁基体１の凹部１６に設けられる半導体素子６および外部回路（図示せず）の間で電気信号を伝送するために設けられている。外部配線導体７は、一方の端部が凹部１６に露出するように設けられ、他方の端部が絶縁基体１の下面のうち、凹部１６の外側の部位に露出するように設けられている。
【００３９】
外部配線導体７としては、導電性の良好な材料を用いることが望ましい。具体的には、導電性の良好な材料として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００４０】
なお、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０においては、絶縁基体１、枠状部２およびダイヤフラム３はそれぞれ別々に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、絶縁基体１と枠状部２、または、枠状部２とダイヤフラム３が一体的に形成されていてもよい。これにより圧力検出用部品１０の部品点数を減らすことができる。さらに、一体的に形成した部位間においては、接合用の金属層を形成する必要がないため、圧力検出用部品１０の構造を簡略化することができる点で好ましい。
【００４１】
また、例えば絶縁基体１、枠状部２またはダイヤフラム３が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ、溶剤、可塑剤、分散剤を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクタブレード法を採用してシート状に成形してセラミックグリーンシートとなし、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工や切断加工を施すとともにこれを約１６００℃の高温で焼成することで作製される。また、第１の配線導体５１、第２の配線導体５２、外部配線導体５３、第１の金属層８１、第２の金属層８２、第３の金属層８３、第４の金属層８４、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２は、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤、可塑剤および分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストをスクリーン印刷法を採用して絶縁基体１用、枠状部２用またはダイヤフラム３用のセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１、枠状部２またはダイヤフラム３用の生セラミック成形体とともに焼成することによって所定のパターンに形成される。
【００４２】
なお、枠状部２とダイヤフラム３との接合には、ガラスを用いることもできる。例えば、枠状部２およびダイヤフラム３をガラスセラミックにより形成し、これらを加熱することで接合することができる。また、枠状部２とダイヤフラム３との間にガラスペーストを接合材として設けることもできる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０について説明する。なお、本例の各構成において、第１の実施形態と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
図４〜７に示すように、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０と同様の構成に加えて、第１の電極板９１および第２の電極板９２が設けられている。
【００４５】
本例において、第１の電極板９１は、第１の電極パターン４１に端面が取り付けられて
おり、第２の電極板９２は、第２の電極パターン４２に端面の部位が取り付けられている。そして、第１の電極板９１および第２の電極板９２は、主面同士が互いに対向するように間隔をあけて取り付けられている。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間だけでなく、第１の電極板９１と第２の電極板９２との間にも静電容量が形成されるため、ダイヤフラム３が撓んだ際の静電容量の変化が大きくなる。その結果、圧力検出用部品１０の圧力に対する感度を向上させることができる。
【００４６】
第１の電極板９１および第２の電極板９２としては、導電性の良好な材料を用いることが望ましい。具体的には、導電性の良好な材料として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。さらに、第１の電極板９１および第２の電極板９２は、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２と同じ材料を用いて形成してもよい。これにより第１の電極板９１と第１の電極パターン４１との熱膨張率差および第２の電極板９２と第２の電極パターン４２との熱膨張率差を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
第１の電極板９１および第２の電極板９２は、例えば銅から成る場合、銅板に打ち抜き加工を施すことにより作製することができる。第１の電極板９１と第１の電極パターン４１および第２の電極板９２と第２の電極パターン４２の接合は、例えばろう材等によって行なうことができる。
【００４８】
また、第１の電極板９１および第２の電極板９２は、ダイヤフラム３の下面を樹脂等のマスキング層で覆い、このマスキング層に第１の電極パターン４１または第２の電極パターン４２が露出するような孔を設け、この孔に第１の電極板９１または第２の電極板９２となるタングステン等の金属ペーストを充填し、これを焼結することによって作製することもできる。
【００４９】
また、図６に示すように第１の電極板６９１および第２の電極板６９２は、それぞれの主面がダイヤフラム３の最大振幅部３１に向くように配置してもよい。このように第１の電極板６９１および第２の電極板６９２を主面が最大振幅部３１に向くように配置することによって、第１の電極パターン６４１および第２の電極パターン６４２を設けることによるダイヤフラムの変形への影響を低減することができる。また、第１の電極板６９１および第２の電極板６９２を上記のように取り付けることにより、ダイヤフラム３が撓んだ際に第１の電極板６９１および第２の電極板６９２に生じる応力を低減することができる。そのため、第１の電極板６９１および第２の電極板６９２に割れ等の不具合が生じる可能性を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
さらに、図７に示すように第１の電極板７９１および第２の電極板７９２のそれぞれが、ダイヤフラム３の下面に対して平行な断面が円形状または長円形状であってもよい。これにより、ダイヤフラム３が撓んで第１の電極板７９１および第２の電極板７９２に応力が生じた際に第１の電極板７９１および第２の電極板７９２に割れが生じる可能性を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施形態の例の圧力検出用部品１０について説明する。なお、本例の各構成において、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００５２】
図８に示すように、第３の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０と比較して、第１の電極板８９１および第２の電極板８９２の取り付け方が異なっている。本例において、第１の電極板８９１および第２の電極板８９２は、ダイヤフラム３の下面に対して傾斜して取り付けられている。これにより、第１の電極
板８９１および第２の電極板８９２が垂直方向に取り付けられている場合と比べて、ダイヤフラム３が撓んだ際にそれぞれの電極板が絶縁基体１と接触する可能性が低減されている。その結果、取り付けられる電極板の主面をさらに大きなものとすることができるため、第１の電極板８９１と第２の電極板８９２との間に形成される静電容量を大きくすることができる。したがって、圧力検出用部品１０の圧力に対する感度が向上されている。
【００５３】
また、第３の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、第１の電極板８９１および第２の電極板８９２が、傾斜して取り付けられていることによって、第１の電極板８９１と第２の電極板８９２との間隔を小さなものとすることができる。これにより、第１の電極板８９１と第２の電極板８９２との間に形成される静電容量を大きくすることができる。したがって、圧力検出用部品１０の圧力に対する感度を向上させることができる。
【００５４】
次に、本発明の第４の実施形態の例の圧力検出用部品１０について説明する。なお、本例の各構成において、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
図９に示すように、第４の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０と比較して、第１の電極板９９１および第２の電極板９９２の形状が異なっている。第１の電極板９９１および第２の電極板９９２は、ダイヤフラム３の下面に対して平行な断面でみたときに、いずれも第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２との接合部において断面積が最小となっている。これにより、ダイヤフラム３が撓んだ際に第１の電極板９９１および第２の電極板９９２に生じる応力を低減することができる。そのため、第１の電極板９９１および第２の電極板９９２に割れ等の不具合が生じる可能性を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。なお、ここでいう「断面積」のうち、上記の接合部における「断面積」とは、第１の電極板９９１と第１の電極パターン４１および第２の電極板９９２と第２の電極パターン４２の接合面積と置き換えることができる。
【００５６】
なお、第１の電極板９９１および第２の電極板９９２のダイヤフラム３の下面に対して平行な断面における断面積は、ダイヤフラム３との接合部から離れるにつれて段階的に大きくすることができる。それぞれの電極板において、断面積を急激に変化させずに段階的に変化させることによって、電極板に応力が生じた際に力が部分的に集中する可能性を低減することができる。そのため、第１の電極板９９１および第２の電極板９９２に割れ等の不具合が生じる可能性をさらに低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性をさらに向上させることができる。
【００５７】
本発明の実施形態の例の圧力検出用装置１００は、上記の実施形態の例に代表される圧力検出用部品１０と、この圧力検出用部品１０における絶縁基体１の凹部１６に収納された半導体素子６とを備えている。このように、枠状部２の厚みに必要な寸法精度が低減されている圧力検出用部品１０を備えていることから、圧力検出用装置１００の生産性を向上させることができる。
【００５８】
本発明の実施形態の例の圧力検出用装置１００における半導体素子６は、第１の配線導体、第２の配線導体および外部配線導体７に接続されている。半導体素子６は、第１の配線導体および第２の配線導体を介して伝達された静電容量の変化から、ダイヤフラム３に加えられた圧力を演算し、その結果を外部配線導体７に出力する機能を備えている。半導体素子６は、絶縁基体１の下面の凹部１６に設けられており、樹脂によって気密封止されている。半導体素子６が絶縁基体１の下面に設けられていることにより、別部材に半導体素子６が設けられている場合と比較して、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２と半導体素子６との間の配線長さを小さくすることができる。これにより、第１
の配線導体５１および第２の配線導体５２間で生まれる不要な静電容量の形成を小さくすることができる。その結果、圧力検出用装置１００は、ダイヤフラム３に加えられた外部からの圧力を精度よく検知することができる。また、半導体素子６は、樹脂によって気密封止されていることにより、耐久性が向上している。
【００５９】
第１の配線導体５１、第２の配線導体５２および外部配線導体７と半導体素子６との接続方法としては、例えば、はんだバンプ、金バンプ、導電性樹脂またはワイヤーボンディングを用いることができる。
【００６０】
なお、本発明は上述の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更や実施の形態の組合せを行うことは何等差し支えない。
【符号の説明】
【００６１】
１：絶縁基体
２：枠状部
３：ダイヤフラム
３１：最大振幅部
４１：第１の電極パターン
４２：第２の電極パターン
５１：第１の配線導体
５２：第２の配線導体
６：半導体素子
９１：第１の電極板
９２：第２の電極板
１０：圧力検出用部品
１００：圧力検出用装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出用部品およびこれを用いた圧力検出用装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧力を検出するための圧力検出用部品として、静電容量型の圧力検出用部品が知られている。静電容量型の圧力検出用部品としては、例えば、特許文献１に記載の圧力センサ（圧力検出用部品）が挙げられる。
【０００３】
特許文献１に記載の圧力検出用部品は、基板（絶縁基体）およびダイヤフラムの互いに対向するそれぞれの表面に電極が形成されており、ダイヤフラムの歪みによる電極間の静電容量の変化を測定することで、ダイヤフラムにかかる圧力の大きさを検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の圧力検出用部品は、絶縁基体とダイヤフラムとの間にガラススペーサ（枠状部）が設けられており、絶縁基体およびダイヤフラムのそれぞれに電極が形成されていることから、枠状部の厚みが電極間距離に大きな影響を与えていた。そのため、枠状部の厚みに高い寸法精度が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様に基づく圧力検出用部品は、絶縁基体と、絶縁基体上に設けられた枠状部と、絶縁基体との間に密閉空間を形成するように枠状部上に設けられたダイヤフラムと、ダイヤフラムの絶縁基体と対向する側の面に相互に離間させて設けられた、静電容量形成用の第１の電極パターンおよび第２の電極パターンとを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様に基づく圧力検出用部品によれば、静電容量形成用の第１の電極パターンおよび第２の電極パターンがダイヤフラムの絶縁基体と対向する側の面に設けられている。第１の電極パターンおよび第２の電極パターンとの間には静電容量が形成される。ダイヤフラムが外部から圧力を受けたときに、その応力に応じてダイヤフラムが撓んで、第１の電極パターンと第２の電極パターンとの間隔が変化する。この静電容量の変化を測定することによって外部の圧力の大きさを検知することができる。これにより、絶縁基体およびダイヤフラムのそれぞれに電極パターンが設けられている場合と比較して、枠状部の厚さの電極間の距離に与える影響が低減されている。このため、圧力検出用部品は、枠状部の厚みに必要な寸法精度が低減されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態の例の圧力検出用部品およびこれを用いた圧力検出用装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの下面図である。
【図３】図１に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの変形例を示す下面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の例の圧力検出用部品およびこれを用いた圧力検出用装置を示す断面図である。
【図５】図４に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの下面側から見た斜視図である。
【図６】図４に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの変形例を下面側から見た斜視図である。
【図７】図４に示す圧力検出用部品のダイヤフラムの変形例を下面側から見た斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の例の圧力検出用部品のダイヤフラムを第１の電極板の主面に垂直な断面で見た断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の例の圧力検出用部品およびこれを用いた圧力検出用装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明のいくつかの実施形態の例について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１〜３に示すように、本発明の第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、絶縁基体１と、絶縁基体１の上面に設けられた枠状部２と、絶縁基体１との間に密閉空間１３を形成するように枠状部２上に設けられたダイヤフラム３と、ダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に相互に離間させて設けられた、静電容量形成用の第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２とを備えている。第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間には静電容量が形成される。ダイヤフラム３が外部から圧力を受けたときに、その圧力に応じてダイヤフラム３が撓んで、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間隔が変化する。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を測定し、演算を行なうことによって外部の圧力の大きさを求めることができる。なお、圧力の大きさを求めるための演算は、絶縁基体１の下面の凹部１６に半導体素子６を設け、この半導体素子６を用いて行なうことができる。また、圧力検出用部品１０の外部に別途装置を設け、この装置を用いて演算を行なうこともできる。
【００１１】
本発明の第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、静電容量形成用の第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２がダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に設けられている。これにより、絶縁基体１とダイヤフラム３のそれぞれに電極パターンが設けられている場合と比較して、枠状部２の厚みの電極間の距離に与える影響が低減されている。このため、圧力検出用部品１０は、枠状部２の厚みに必要な寸法精度が低減されている。
【００１２】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における絶縁基体１は、平面視したときの形状が円形状である。また、絶縁基体１の下面側には半導体素子６を収納するための凹部１６が形成されている。このように、平面視したときに絶縁基体１の形状が円形状であることから、ダイヤフラム３に外部の圧力が加わった際に枠状部２を経由して絶縁基体１に伝わる力が偏ることを抑制することができる。その結果、絶縁基体１に部分的に大きな変形が生じる可能性を低減することができるので、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。なお、本例においては、絶縁基体１は平面視したときの形状が円形状であるが、特にこれに限られるものではなく、四角形状、楕円形状、または多角形状であってもよい。
【００１３】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における絶縁基体１としては、酸化アルミニウム質焼結体（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム質焼結体（ＡｌＮ）、ムライト質焼結体（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化珪素質焼結体（ＳｉＣ）、窒化珪素質焼結体（Ｓｉ３Ｎ４）またはガラスセラミックス等の絶縁材料を用いることができる。
【００１４】
また、絶縁基体１の上面の外周部であって枠状部２が設けられる領域には、第１の金属
層８１が設けられている。第１の金属層８１が設けられることによって、絶縁基体１と絶縁基体１の上面に設けられる枠状部２とをろう付けする場合に、相互の接合性を向上させることができる。第１の金属層８１としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００１５】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における枠状部２は、絶縁基体１の上面に設けられている。このように、枠状部２が設けられていることによって、絶縁基体１とダイヤフラム３との間に所定の間隔を確保することができる。これにより、ダイヤフラム３に外部の圧力が加わったときに、ダイヤフラム３を撓ませることができる。
【００１６】
また、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、枠状部２の厚みの電極間の距離に与える影響が低減されていることにより、従来の圧力検出用部品と比較して、枠上部２の厚みを大きくすることができる。これにより、ダイヤフラム３を大きく撓ませることができるようになるため、圧力検出用部品１０は、外部から加わる圧力の検出範囲が拡大されている。
【００１７】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における枠状部２は、枠状部２の内周が円形状である。このように、平面視したときに枠状部２の内周が円形状であることから、ダイヤフラム３に外部の圧力が加わった際に枠状部２に伝わる力を分散させて絶縁基体１に伝えることができる。その結果、絶縁基体１に部分的に大きな変形が生じる可能性を低減することができるので、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。なお、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０においては、枠状部２の内周が円形状であるが、特にこれに限られるものではなく、四角形状、楕円形状、または多角形状であってもよい。
【００１８】
枠状部２は、絶縁材料によって形成される。具体的には、酸化アルミニウム質焼結体（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム質焼結体（ＡｌＮ）、ムライト質焼結体（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化珪素質焼結体（ＳｉＣ）、窒化珪素質焼結体（Ｓｉ３Ｎ４）またはガラスセラミックス等の絶縁材料を用いることができる。さらに、枠状部２は、絶縁基体１と同じ材料を用いて形成されることが好ましい。これにより枠状部２と絶縁基体１との熱膨張率差を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができるからである。
【００１９】
また、枠状部２の下面には第２の金属層８２が、上面には第３の金属層８３が、それぞれ設けられている。これらの第２の金属層８２および第３の金属層８３が設けられることによって、枠状部２と絶縁基体１との接合性および枠状部２と枠状部２の上に設けられるダイヤフラム３とをろう付けする場合に、相互の接合性を向上させることができる。第２の金属層８２および第３の金属層８３としては、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）および銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００２０】
枠状部２は第１の金属層８１および第２の金属層８２を介してろう材等によって絶縁基体１に接合されている。ろう材としては、例えば銀ろうを用いることができる。
【００２１】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０におけるダイヤフラム３は、絶縁基体１との間に密閉空間１３を形成するように枠状部２の上に設けられている。
【００２２】
ダイヤフラム３は、平面視したときの形状が円形状である。これにより、外部から圧力を受けたときにダイヤフラム３に生じる応力のばらつきを小さくすることができる。そのため、圧力検出用部品１０の感度を向上させることができる。なお、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０においては、ダイヤフラム３は円形状であるが、特にこれに限られ
るものではなく、四角形状、楕円形状、または多角形状であってもよい。
【００２３】
ダイヤフラム３は、絶縁材料によって形成される。具体的には、酸化アルミニウム質焼結体（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム質焼結体（ＡｌＮ）、ムライト質焼結体（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、炭化珪素質焼結体（ＳｉＣ）、窒化珪素質焼結体（Ｓｉ３Ｎ４）またはガラスセラミックス等の絶縁材料を用いることができる。さらに、ダイヤフラム３は、枠状部２と同じ材料を用いて形成されることが好ましい。これによりダイヤフラム３と枠状部２との熱膨張率差を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができるからである。
【００２４】
また、ダイヤフラム３の下面の外周部には、第４の金属層８４が設けられている。このような第４の金属層８４が設けられることによって、ダイヤフラム３と枠状部２とをろう付けする場合に、相互の接合性が向上されている。第４の金属層８４としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００２５】
ダイヤフラム３は第４の金属層８４を介してろう材等によって枠状部２に接合されている。ろう材としては、例えば銀ろうを用いることができる。
【００２６】
このように、ダイヤフラム３と絶縁基体１とによる密閉空間１３の形成は、絶縁基体１と枠状部２および枠状部２とダイヤフラム３をろう材によって接合することにより行うことができる。これにより、後述する第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２の外気による変質を抑制することができる。その結果、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。なお、密閉空間１３の内部には、不活性気体を充填することができる。不活性気体としては、窒素（Ｎ２）またはアルゴン（Ａｒ）等を用いることができる。これにより、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２の変質をさらに抑制することができる。
【００２７】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２は、ダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に相互に離間されて設けられている。第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間には静電容量が形成される。ダイヤフラム３が外部から圧力を受けたときに、その圧力に応じてダイヤフラム３が撓んで、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間隔が変化する。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を測定し、演算を行なうことによって外部の圧力の大きさを求めることができる。なお、圧力の大きさを求めるための演算は、絶縁基体１の下面の凹部１６に半導体素子６を設け、この半導体素子６を用いて行なうことができる。また、圧力検出用部品１０の外部に別途装置を設け、この装置を用いて演算を行なうこともできる。
【００２８】
そして、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２がダイヤフラム３の絶縁基体１と対向する側の面に設けられていることにより、絶縁基体１およびダイヤフラム３のそれぞれに電極パターンが設けられている場合と比較して、電極パターン間の距離の調整を容易に行なうことができる。
【００２９】
また、枠状部２とダイヤフラム３とが接する領域において、第１の電極パターン４１は後述する第１の配線導体５１と、第２の電極パターン４２は後述する第２の配線導体５２と、それぞれ電気的に接続されている。なお、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２は、短絡を防止するために、第４の金属層８４と離間するように設けられている。
【００３０】
第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２としては、導電性の良好な材料を用いることが望ましい。具体的には、導電性の良好な材料として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００３１】
図２に示すように、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０における第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２のそれぞれは、複数の電極指の端部が共通電極によって接続された櫛状のパターンとなっている。また、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２は、櫛状のパターンのそれぞれの電極指が交互に並ぶように互いに向かい合わせて配置された、いわゆるＩＤＴ電極の配置となっている。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２とが対向している部分の長さを大きく確保することができる。したがって、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間に形成される静電容量を大きくすることができ、圧力検出用部品１０の外部からの圧力に対する感度を向上させることができる。
【００３２】
図２においては、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２は、４本の電極指４１０および電極指４２０を備えているが、形成される静電容量を考慮すると５０本以上備えていることが好ましい。
【００３３】
また、図３に示すようにダイヤフラム３の最大振幅部３１を中心として、これを所定の間隔を空けて囲むように第１の電極パターン３４１を設け、この第１の電極パターン３４１を囲むように第２の電極パターン３４２を設けてもよい。このように最大振幅部３１を避けて電極パターンが設けられていることにより、第１の電極パターン３４１および第２の電極パターン３４２を設けることによるダイヤフラムの変形への影響を低減することができる。
【００３４】
なお、ここでいうダイヤフラム３の「最大振幅部」とは、枠状部２の上に設けられた状態のダイヤフラム３に圧力を加えた際に、ダイヤフラム３が最も大きく撓む部分を意味する。一般的なダイヤフラム３における最大振幅部３１は、枠状部２の内周の平面視形状が円形状である場合は、ダイヤフラム３の下面のうち密閉空間１３に面している領域の中央部分である。また、枠状部２の内周の平面視形状が四角形状または正多角形状である場合は、圧力検出用部品１０を平面透視したときに、ダイヤフラム３のうち枠状部２の内周の対角線の交点と重なる部分が最大振幅部３１である。
【００３５】
なお、このようにダイヤフラム３の最大振幅部３１を中心として、これを囲むように第１の電極パターン４１を設け、この第１の電極パターン４１を囲むように第２の電極パターン４２を設けるように配置した場合、第１の電極パターン４１と第１の配線導体５１とを接続するための、第３の配線導体５３をダイヤフラム３の内部に形成することが望ましい。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との短絡の可能性を低減しつつ、第１の電極パターン４１と後述する第１の配線導体５１との接続を行なうことができる。
【００３６】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、さらに第１の配線導体５１および第２の配線導体５２を備えている。第１の配線導体５１は、第１の電極パターン４１および絶縁基体１の凹部１６に設けられる半導体素子６を電気的に接続するために設けられている。また、第２の配線導体５２は第２の電極パターン４２および半導体素子６を電気的に接続するために設けられている。第１の配線導体５１および第２の配線導体５２は、枠状部２および絶縁基体１の内部に設けられており、枠状部２の上面および絶縁基体１の凹部１６にそれぞれ露出している。なお、短絡を防止するために、第１の配線導体５１および第２の配線導体５２は、それぞれ互いに離間し、さらに第１の金属層８１、第２の金属層８２
および第３の金属層８３と離間するように設けられている。
【００３７】
第１の配線導体５１および第２の配線導体５２としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００３８】
第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、さらに外部配線導体７を備えている。外部配線導体７は、絶縁基体１の凹部１６に設けられる半導体素子６および外部回路（図示せず）の間で電気信号を伝送するために設けられている。外部配線導体７は、一方の端部が凹部１６に露出するように設けられ、他方の端部が絶縁基体１の下面のうち、凹部１６の外側の部位に露出するように設けられている。
【００３９】
外部配線導体７としては、導電性の良好な材料を用いることが望ましい。具体的には、導電性の良好な材料として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【００４０】
なお、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０においては、絶縁基体１、枠状部２およびダイヤフラム３はそれぞれ別々に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、絶縁基体１と枠状部２、または、枠状部２とダイヤフラム３が一体的に形成されていてもよい。これにより圧力検出用部品１０の部品点数を減らすことができる。さらに、一体的に形成した部位間においては、接合用の金属層を形成する必要がないため、圧力検出用部品１０の構造を簡略化することができる点で好ましい。
【００４１】
また、例えば絶縁基体１、枠状部２またはダイヤフラム３が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ、溶剤、可塑剤、分散剤を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクタブレード法を採用してシート状に成形してセラミックグリーンシートとなし、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工や切断加工を施すとともにこれを約１６００℃の高温で焼成することで作製される。また、第１の配線導体５１、第２の配線導体５２、外部配線導体５３、第１の金属層８１、第２の金属層８２、第３の金属層８３、第４の金属層８４、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２は、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤、可塑剤および分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストをスクリーン印刷法を採用して絶縁基体１用、枠状部２用またはダイヤフラム３用のセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１、枠状部２またはダイヤフラム３用の生セラミック成形体とともに焼成することによって所定のパターンに形成される。
【００４２】
なお、枠状部２とダイヤフラム３との接合には、ガラスを用いることもできる。例えば、枠状部２およびダイヤフラム３をガラスセラミックにより形成し、これらを加熱することで接合することができる。また、枠状部２とダイヤフラム３との間にガラスペーストを接合材として設けることもできる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０について説明する。なお、本例の各構成において、第１の実施形態と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
図４〜７に示すように、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、第１の実施形態の例の圧力検出用部品１０と同様の構成に加えて、第１の電極板９１および第２の電極板９２が設けられている。
【００４５】
本例において、第１の電極板９１は、第１の電極パターン４１に端面が取り付けられて
おり、第２の電極板９２は、第２の電極パターン４２に端面の部位が取り付けられている。そして、第１の電極板９１および第２の電極板９２は、主面同士が互いに対向するように間隔をあけて取り付けられている。これにより、第１の電極パターン４１と第２の電極パターン４２との間だけでなく、第１の電極板９１と第２の電極板９２との間にも静電容量が形成されるため、ダイヤフラム３が撓んだ際の静電容量の変化が大きくなる。その結果、圧力検出用部品１０の圧力に対する感度を向上させることができる。
【００４６】
第１の電極板９１および第２の電極板９２としては、導電性の良好な材料を用いることが望ましい。具体的には、導電性の良好な材料として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等を用いることができる。さらに、第１の電極板９１および第２の電極板９２は、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２と同じ材料を用いて形成してもよい。これにより第１の電極板９１と第１の電極パターン４１との熱膨張率差および第２の電極板９２と第２の電極パターン４２との熱膨張率差を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
第１の電極板９１および第２の電極板９２は、例えば銅から成る場合、銅板に打ち抜き加工を施すことにより作製することができる。第１の電極板９１と第１の電極パターン４１および第２の電極板９２と第２の電極パターン４２の接合は、例えばろう材等によって行なうことができる。
【００４８】
また、第１の電極板９１および第２の電極板９２は、ダイヤフラム３の下面を樹脂等のマスキング層で覆い、このマスキング層に第１の電極パターン４１または第２の電極パターン４２が露出するような孔を設け、この孔に第１の電極板９１または第２の電極板９２となるタングステン等の金属ペーストを充填し、これを焼結することによって作製することもできる。
【００４９】
また、図６に示すように第１の電極板６９１および第２の電極板６９２は、それぞれの主面がダイヤフラム３の最大振幅部３１に向くように配置してもよい。このように第１の電極板６９１および第２の電極板６９２を主面が最大振幅部３１に向くように配置することによって、第１の電極パターン６４１および第２の電極パターン６４２を設けることによるダイヤフラムの変形への影響を低減することができる。また、第１の電極板６９１および第２の電極板６９２を上記のように取り付けることにより、ダイヤフラム３が撓んだ際に第１の電極板６９１および第２の電極板６９２に生じる応力を低減することができる。そのため、第１の電極板６９１および第２の電極板６９２に割れ等の不具合が生じる可能性を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
さらに、図７に示すように第１の電極板７９１および第２の電極板７９２のそれぞれが、ダイヤフラム３の下面に対して平行な断面が円形状または長円形状であってもよい。これにより、ダイヤフラム３が撓んで第１の電極板７９１および第２の電極板７９２に応力が生じた際に第１の電極板７９１および第２の電極板７９２に割れが生じる可能性を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施形態の例の圧力検出用部品１０について説明する。なお、本例の各構成において、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００５２】
図８に示すように、第３の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０と比較して、第１の電極板８９１および第２の電極板８９２の取り付け方が異なっている。本例において、第１の電極板８９１および第２の電極板８９２は、ダイヤフラム３の下面に対して傾斜して取り付けられている。これにより、第１の電極
板８９１および第２の電極板８９２が垂直方向に取り付けられている場合と比べて、ダイヤフラム３が撓んだ際にそれぞれの電極板が絶縁基体１と接触する可能性が低減されている。その結果、取り付けられる電極板の主面をさらに大きなものとすることができるため、第１の電極板８９１と第２の電極板８９２との間に形成される静電容量を大きくすることができる。したがって、圧力検出用部品１０の圧力に対する感度が向上されている。
【００５３】
また、第３の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、第１の電極板８９１および第２の電極板８９２が、傾斜して取り付けられていることによって、第１の電極板８９１と第２の電極板８９２との間隔を小さなものとすることができる。これにより、第１の電極板８９１と第２の電極板８９２との間に形成される静電容量を大きくすることができる。したがって、圧力検出用部品１０の圧力に対する感度を向上させることができる。
【００５４】
次に、本発明の第４の実施形態の例の圧力検出用部品１０について説明する。なお、本例の各構成において、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
図９に示すように、第４の実施形態の例の圧力検出用部品１０は、第２の実施形態の例の圧力検出用部品１０と比較して、第１の電極板９９１および第２の電極板９９２の形状が異なっている。第１の電極板９９１および第２の電極板９９２は、ダイヤフラム３の下面に対して平行な断面でみたときに、いずれも第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２との接合部において断面積が最小となっている。これにより、ダイヤフラム３が撓んだ際に第１の電極板９９１および第２の電極板９９２に生じる応力を低減することができる。そのため、第１の電極板９９１および第２の電極板９９２に割れ等の不具合が生じる可能性を低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性を向上させることができる。なお、ここでいう「断面積」のうち、上記の接合部における「断面積」とは、第１の電極板９９１と第１の電極パターン４１および第２の電極板９９２と第２の電極パターン４２の接合面積と置き換えることができる。
【００５６】
なお、第１の電極板９９１および第２の電極板９９２のダイヤフラム３の下面に対して平行な断面における断面積は、ダイヤフラム３との接合部から離れるにつれて段階的に大きくすることができる。それぞれの電極板において、断面積を急激に変化させずに段階的に変化させることによって、電極板に応力が生じた際に力が部分的に集中する可能性を低減することができる。そのため、第１の電極板９９１および第２の電極板９９２に割れ等の不具合が生じる可能性をさらに低減することができ、圧力検出用部品１０の信頼性をさらに向上させることができる。
【００５７】
本発明の実施形態の例の圧力検出用装置１００は、上記の実施形態の例に代表される圧力検出用部品１０と、この圧力検出用部品１０における絶縁基体１の凹部１６に収納された半導体素子６とを備えている。このように、枠状部２の厚みに必要な寸法精度が低減されている圧力検出用部品１０を備えていることから、圧力検出用装置１００の生産性を向上させることができる。
【００５８】
本発明の実施形態の例の圧力検出用装置１００における半導体素子６は、第１の配線導体、第２の配線導体および外部配線導体７に接続されている。半導体素子６は、第１の配線導体および第２の配線導体を介して伝達された静電容量の変化から、ダイヤフラム３に加えられた圧力を演算し、その結果を外部配線導体７に出力する機能を備えている。半導体素子６は、絶縁基体１の下面の凹部１６に設けられており、樹脂によって気密封止されている。半導体素子６が絶縁基体１の下面に設けられていることにより、別部材に半導体素子６が設けられている場合と比較して、第１の電極パターン４１および第２の電極パターン４２と半導体素子６との間の配線長さを小さくすることができる。これにより、第１
の配線導体５１および第２の配線導体５２間で生まれる不要な静電容量の形成を小さくすることができる。その結果、圧力検出用装置１００は、ダイヤフラム３に加えられた外部からの圧力を精度よく検知することができる。また、半導体素子６は、樹脂によって気密封止されていることにより、耐久性が向上している。
【００５９】
第１の配線導体５１、第２の配線導体５２および外部配線導体７と半導体素子６との接続方法としては、例えば、はんだバンプ、金バンプ、導電性樹脂またはワイヤーボンディングを用いることができる。
【００６０】
なお、本発明は上述の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更や実施の形態の組合せを行うことは何等差し支えない。
【符号の説明】
【００６１】
１：絶縁基体
２：枠状部
３：ダイヤフラム
３１：最大振幅部
４１：第１の電極パターン
４２：第２の電極パターン
５１：第１の配線導体
５２：第２の配線導体
６：半導体素子
９１：第１の電極板
９２：第２の電極板
１０：圧力検出用部品
１００：圧力検出用装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基体と、
該絶縁基体上に設けられた枠状部と、
前記絶縁基体との間に密閉空間を形成するように前記枠状部上に設けられたダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの前記絶縁基体と対向する側の面に相互に離間させて設けられた、静電容量形成用の第１の電極パターンおよび第２の電極パターンとを備えた圧力検出用部品。
【請求項２】
前記第１の電極パターンに端面の部位が取り付けられた第１の電極板および前記第２の電極パターンに端面の部位が取り付けられた第２の電極板をさらに備え、
前記第１の電極板および前記第２の電極板は、主面同士が互いに対向するように間隔をあけて取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出用部品。
【請求項３】
前記ダイヤフラムを前記絶縁基体と対向する側の面から平面視したときに、前記第１の電極板および前記第２の電極板は、主面が前記ダイヤフラムの可動領域の最大振幅部に向かうように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出用部品。
【請求項４】
前記第１の電極板および前記第２の電極板は、いずれも前記ダイヤフラムの下面に対して傾斜させて取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出用部品。
【請求項５】
前記第１の電極板および前記第２の電極板は、前記ダイヤフラムの下面に対して平行な断面で見たときに、いずれも前記第１の電極パターンおよび前記第２の電極パターンとの接合部において断面積が最小となっていることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出用部品。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の圧力検出用部品と、
前記絶縁基体に設けられた半導体素子と、
前記第１の電極パターンと前記半導体素子とを電気的に接続する第１の配線導体と、
前記第２の電極パターンと前記半導体素子とを電気的に接続する第２の配線導体とを備えた圧力検出用装置。
【請求項１】
絶縁基体と、
該絶縁基体上に設けられた枠状部と、
前記絶縁基体との間に密閉空間を形成するように前記枠状部上に設けられたダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの前記絶縁基体と対向する側の面に相互に離間させて設けられた、静電容量形成用の第１の電極パターンおよび第２の電極パターンとを備えた圧力検出用部品。
【請求項２】
前記第１の電極パターンに端面の部位が取り付けられた第１の電極板および前記第２の電極パターンに端面の部位が取り付けられた第２の電極板をさらに備え、
前記第１の電極板および前記第２の電極板は、主面同士が互いに対向するように間隔をあけて取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出用部品。
【請求項３】
前記ダイヤフラムを前記絶縁基体と対向する側の面から平面視したときに、前記第１の電極板および前記第２の電極板は、主面が前記ダイヤフラムの可動領域の最大振幅部に向かうように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出用部品。
【請求項４】
前記第１の電極板および前記第２の電極板は、いずれも前記ダイヤフラムの下面に対して傾斜させて取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出用部品。
【請求項５】
前記第１の電極板および前記第２の電極板は、前記ダイヤフラムの下面に対して平行な断面で見たときに、いずれも前記第１の電極パターンおよび前記第２の電極パターンとの接合部において断面積が最小となっていることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出用部品。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の圧力検出用部品と、
前記絶縁基体に設けられた半導体素子と、
前記第１の電極パターンと前記半導体素子とを電気的に接続する第１の配線導体と、
前記第２の電極パターンと前記半導体素子とを電気的に接続する第２の配線導体とを備えた圧力検出用装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−４７６１７（Ｐ２０１２−４７６１７Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９０４７６（Ｐ２０１０−１９０４７６）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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