圧力検出装置用基体および圧力検出装置
【課題】 圧力検出装置の検出精度を向上させる。
【解決手段】 圧力検出装置用基体１は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の上面に設けられた第１電極２と、絶縁基板１１の上面に第１電極２を囲んで設けられた枠体１２と、枠体１２上に絶縁基板１１および枠体１２とともに密閉空間１７を形成するように設けられたダイヤフラム１３と、ダイヤフラム１３の下面に設けられた、第１電極２と対向する第２電極３と、ダイヤフラム１３の上面のうち第２電極３と上下に重なり合う部分に設けられた金属層１４と、金属層１４を覆うように設けられたセラミック層１５とを備えている。これにより、金属層１４が変質して圧力が加わった際のダイヤフラム１３の撓み量が変化することを抑制できる。
【解決手段】 圧力検出装置用基体１は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の上面に設けられた第１電極２と、絶縁基板１１の上面に第１電極２を囲んで設けられた枠体１２と、枠体１２上に絶縁基板１１および枠体１２とともに密閉空間１７を形成するように設けられたダイヤフラム１３と、ダイヤフラム１３の下面に設けられた、第１電極２と対向する第２電極３と、ダイヤフラム１３の上面のうち第２電極３と上下に重なり合う部分に設けられた金属層１４と、金属層１４を覆うように設けられたセラミック層１５とを備えている。これにより、金属層１４が変質して圧力が加わった際のダイヤフラム１３の撓み量が変化することを抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出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装置として、静電容量型の圧力検出装置が知られている。このような圧力検出装置に用いられる圧力検出装置用パッケージ（以下、単にパッケージとも言う）としては、例えば、特許文献１に記載の圧力検出装置用パッケージが挙げられる。
【０００３】
特許文献１に記載のパッケージにおいては、外圧に起因する静電容量の変化を測定することによって、セラミック板にかかる圧力の大きさを検知する。
【０００４】
従来のパッケージでは、製造時においてセラミック板が大きな反りが発生してしまうことがあり、その場合には、使用時におけるセラミック板が撓む量を精度よく検出することが難しい。そこで、特許文献１に記載のパッケージでは、セラミック板の上面に補助メタライズ層が設けられている。これにより、セラミック板の下面に塗布される第二メタライズ電極用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響を、セラミック板の上面に塗布される補助メタライズ層用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響によって打ち消すことができる。その結果、製造時にセラミック板に大きな反りが発生する可能性を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３０７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のパッケージでは、圧力の検出精度を向上させることが困難な場合があった。具体的には、使用時に補助メタライズ層が外部の影響を受けることにより変質して、圧力が加わった際のセラミック板の撓み量が変化してしまう可能性がある。この場合には、使用時に検出される静電用容量が変化してしまい、圧力検出装置の感度が変化してしまう可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る圧力検出装置用基体は、絶縁基板と、絶縁基板の上面に設けられた第１電極と、絶縁基板の上面に第１電極を囲んで設けられた枠体と、枠体上に絶縁基板および枠体とともに密閉空間を形成するように設けられたダイヤフラムと、ダイヤフラムの下面に設けられた、第１電極と対向する第２電極と、ダイヤフラムの上面のうち第２電極と上下に重なり合う部分に設けられた金属層と、金属層を覆うように設けられたセラミック層とを備えている。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る圧力検出装置は、上記の圧力検出装置用基体と、第１電極および第２電極に電気的に接続された半導体素子とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置によれば、金属層を覆うように設けられたセラミック層が設けられていることから、金属層が外部の影響を受ける
可能性を低減できる。このため、金属層が変質して圧力が加わった際のダイヤフラムの撓み量が使用時に変化することを抑制でき、圧力検出装置の感度が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置をＡ−Ａ’線で切った断面図である。
【図３】図２に示す圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置をＢ−Ｂ’線で切って上方向から見た断面図である。
【図４】図２に示す圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置をＣ−Ｃ’線で切って下方向から見た断面図である。
【図５】図２に示す圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置をＤ−Ｄ’線で切って下方向から見た断面図である。
【図６】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例１を示す断面図である。
【図７】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例２を示す断面図である。
【図８】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例３を示す断面図である。
【図９】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例４を示す断面図である。
【図１０】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例５を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る圧力検出装置および圧力検出装置用基体について図面を参照して説明する。
【００１２】
＜圧力検出装置の構成＞
図１〜５に示すように、本発明の一実施形態の圧力検出装置１００は、圧力検出装置用基体（以下、単に基体とも言う）１と、圧力検出装置用基体１に設置された半導体素子４とを備えている。圧力検出装置１００は、気体の圧力を検出することに用いることができる。具体的には、例えば、タイヤの空気圧を検出するため、あるいは、エンジンのような燃焼機関の内部の圧力を検出するために圧力検出装置が用いられる。タイヤの空気圧を検出する場合には、圧力検出装置はタイヤの内部に設けられる。また、燃焼機関の内部の圧力を検出する場合には、圧力検出装置は、燃焼機関の内部に設けられる。
【００１３】
＜圧力検出装置用基体１の構成＞
本発明の一実施形態の圧力検出装置用基体１は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の上面に設けられた第１電極２と、絶縁基板１１の上面に設けられた枠体１２と、枠体１２上に設けられたダイヤフラム１３と、ダイヤフラム１３の下面に設けられた第２電極３と、ダイヤフラム１３の上面に設けられた金属層１４と、金属層１４を覆うように設けられたセラミック層１５とを備えている。
【００１４】
本実施形態における絶縁基板１１は、板状の部材であって、平面視したときの形状が四角形状であり、側面にはキャスタレーションが設けられている。絶縁基板１１は、枠体１２を介してダイヤフラム１３を支持するために設けられている。また、絶縁基板１１の下面には、半導体素子４を収納するための凹部１７が形成されている。凹部１７は、平面視
したときの内周の形状が四角形状である。
【００１５】
絶縁基板１１の材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのような絶縁材料を用いることができる。
【００１６】
枠体１２は、絶縁基板１１の上面に設けられている。これにより、絶縁基板１１とダイヤフラム１３との間に所定の間隔を確保することができる。その結果、ダイヤフラム１３に外部から圧力が加わったときに、ダイヤフラム１３を絶縁基板１１に向かって（図においては下方に向かって）撓ませることが可能になる。
【００１７】
本実施形態における枠体１２は、平面視したときの内周の形状が円形状であって、外周の形状が四角形状である。このように、平面視したときの枠体１２の内周の形状が円形状であることから、ダイヤフラム１３に外部からの圧力が加わった際に枠体１２に伝わる力を分散させて絶縁基板１１に伝えることができる。詳しくは、枠体１２の内周の形状が多角形状の場合、ダイヤフラム１３に外部からの圧力が加わった際に枠体１２の内周の角部に応力が集中する可能性がある。枠体１２の内周の形状が円形状であることによって、このように応力が集中することを抑制できる。その結果、絶縁基板１１に部分的に圧力が集中する可能性を低減することができるので、圧力検出装置用基体１の信頼性を向上させることができる。
【００１８】
枠体１２の材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのような絶縁材料を用いることができる。本実施形態においては、枠体１２は絶縁基板１１とともに一体的に形成されている。
【００１９】
本実施形態における第１電極２は、絶縁基板１１の上面であって、枠体１２に囲まれるように枠体１２の内側に設けられている。第１電極２と後述する第２電極３との間には静電容量が形成される。ダイヤフラム１３が外部から圧力を受けたときに、この圧力によってダイヤフラム１３が撓むので、第１電極２と第２電極３との間隔が変化する。これにより、第１電極２と第２電極３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て、演算を行なうことによって、圧力の大きさを求めることができる。
【００２０】
圧力の大きさを求めるための演算は、例えば、絶縁基板１１の下面の凹部１７に収納される半導体素子４を設け、この半導体素子４を用いて行なうことができる。図１に示す圧力検出装置１００では、凹部１７に設けた半導体素子４を凹部１７に充填した樹脂８で気密封止した状態を示している。
【００２１】
また、圧力検出装置用基体１の外部に別途装置を設け、この装置を用いて同様の演算を行なうこともできる。圧力検出装置用基体１の外部に別途装置を設ける場合、半導体素子４は圧力の大きさを求めるための演算を行なうためのものではなく、単に第１電極２および第２電極３から送られた信号を増幅するだけの機能を有しているものであってもよい。
【００２２】
第１電極２は、平面透視したときの形状が円形状である。第１電極２の外周の形状が、枠体１２の内周の形状と相似であることにより、第１電極２を広い範囲に形成することができる。そのため、第２電極３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。結果として、圧力検出装置用基体１の外部からの圧力の変化を検出する精度を向上させることができる。
【００２３】
第１電極２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、例え
ば、タングステン、モリブデン、銅もしくは銀等の金属材料またはそれらを用いた合金を用いることができる。
【００２４】
本実施形態におけるダイヤフラム１３は、板状の部材であって、平面視したときの形状が四角形状である。ダイヤフラム１３は、絶縁基板１１と枠体１２とともに気密封止された空間１６を形成するように枠体１２の上面に接合されている。ダイヤフラム１３が枠体１２の上面に接合されることにより、円形状の可撓領域が形成される。
【００２５】
ダイヤフラム１３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、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのような絶縁材料を用いることができる。本実施形態においては、ダイヤフラム１３は枠体１２とともに一体的に形成されている。
【００２６】
また、ダイヤフラム１３、絶縁基板１１および枠体１２によって囲まれた領域に気密封止された空間１６が形成されていることによって、第１電極２および第２電極３が外気の影響を受けて変質する可能性を抑制できる。その結果、圧力検出装置用基体１の信頼性を向上させることができる。空間１６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、窒素またはアルゴンを用いることができる。これにより、第１電極２および第２電極３が変質する可能性をさらに抑制することができる。
【００２７】
本実施形態における第２電極３は、ダイヤフラム１３の下面に設けられている。第２電極３は、平面透視したときに第１電極２と重なる領域に位置している。第２電極３と第１電極２との間に静電容量が形成される。
【００２８】
第２電極３は、平面透視したときの形状が円形状である。
【００２９】
第２電極３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、例えば、タングステン、モリブデン、銅もしくは銀等の金属材料またはそれらを用いた合金を用いることができる。
【００３０】
本実施形態における金属層１４は、ダイヤフラム１３の上面のうち第２電極３と上下に重なり合う部分に設けられている。金属層１４は、平面透視したときに枠体１２の内側に位置している。ダイヤフラム１３の上面に金属層１４が設けられていることにより、基体１の製造時にダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性を抑制できる。具体的には、ダイヤフラム１３の下面に塗布される第２電極３用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響をダイヤフラム１３の上面に塗布される金属層１４用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響によって打ち消すことができ、製造時のダイヤフラム１３の反りを小さくすることができる。
【００３１】
金属層１４は、平面透視したときの形状が円形状である。金属層１４の形状が第２電極３の形状と相似な形状であることにより、ダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性をより抑制できる。なお、ここでいう「相似」とは、厳密に金属層１４と第２電極３とが相似形状である必要はない。具体的には、配線の引き回しのための多少の差異は許容することができる。また、製造誤差程度の差異も許容することができる。
【００３２】
さらに、本実施形態における金属層１４は、平面透視したときの形状が第２電極３の形状と同一である。これにより、ダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性をさらに抑制できる。なお、ここでいう「同一」とは厳密に金属層１４と第２電極３とが同一の形状である必要はない。具体的には、配線の引き回しのための多少の差異は許容することができる。また、製造誤差程度の差異も許容する。
【００３３】
金属層１４としては、例えば、タングステン、モリブデン、銅もしくは銀等の金属材料またはそれらを用いた合金を用いることができる。好ましくは、金属層１４は第２電極３と同じ金属で形成されることが良い。これにより、ダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性をより抑制できる。
【００３４】
本実施形態におけるセラミック層１５は、金属層１４を覆うように設けられている。セラミック層１５は、ダイヤフラム１３の上面および金属層１４の上面に位置している。セラミック層１５は、平面視したときの形状が四角形状である。
【００３５】
セラミック層１５は、セラミック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、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのようなセラミック材料を用いることができる。本実施形態においては、セラミック層１５はダイヤフラム１３とともに一体的に形成されており、セラミック層１５は、絶縁基板１１、枠体１２、ダイヤフラム１３と同質のセラミックスが用いられる。
【００３６】
セラミック層１５が金属層１４を覆うように設けられていることにより、金属層１４が外部の影響を受ける可能性を低減できる。このため、金属層１４が変質して圧力が加わった際のダイヤフラム１３の撓み量が使用時に変化することを抑制でき、圧力検出装置の感度が低下することを抑制することができる。なお、セラミック層１５は外部の影響を受けにくいことから、セラミック層１５は外部に露出していて構わない。
【００３７】
好ましくは、セラミック層１５の密度がダイヤフラム１３の密度よりも小さいことが良い。これにより、セラミック層１５が弾性変形しやすくなることから、セラミック層１５が設けられることによってダイヤフラム１３の撓み量が変化することを抑制できる。その結果、良好にダイヤフラム１３を撓ませつつ、金属層１４を保護することができる。
【００３８】
セラミック層１５の密度をダイヤフラム１３の密度よりも小さくする方法としては、例えばバインダの量を調整する方法が挙げられる。具体的には、セラミック層１５用のセラミックグリーンシートに用いるバインダの量をダイヤフラム１３用のセラミックグリーンシートに用いるバインダの量よりも多く設定すれば良い。
【００３９】
基体１は、さらに第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７を備えている。第１接続導体５は、第１電極２および絶縁基板１１の凹部１７に設けられる半導体素子４を電気的に接続するために設けられている。また、第２接続導体６は第２電極３および半導体素子４を電気的に接続するために設けられている。また、外部接続導体７は、半導体素子４および外部回路を電気的に接続するために設けられている。第１接続導体５は、絶縁基板１１の内部に設けられており、絶縁基板１１の上面と絶縁基板１１の凹部１７に引き出されている。第２接続導体６は、枠体１２および絶縁基板１１の内部に設けられており、枠体１２の上面および絶縁基板１１の凹部１７に引き出されている。外部接続導体７は、凹部１７から絶縁基板１１の下面のうち凹部１７以外の領域に引き出されている。第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７は、短絡することがないように、それぞれ離して設けられている。
【００４０】
第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７としては、例えば、タングステン、モリブデン、銅もしくは銀等の金属材料またはそれらを用いた合金を用いることができる。
【００４１】
ここで、基体１の寸法の一例を示すと、絶縁基板１１および枠体１２、ダイヤフラム１
３の外形寸法は縦７ｍｍ×横７ｍｍ、絶縁基板１１の厚みは１ｍｍ、枠体１２の内径は５ｍｍφ、厚みは０．０５ｍｍ、ダイヤフラム１３の厚みは０．２ｍｍ、第１電極２、第２電極３および金属層１４の直径はそれぞれ３ｍｍφ、第１電極２、第２電極３、金属層１４の厚みは０．００５ｍｍ、セラミック層１５の厚みは０．２ｍｍ、第１電極２と第２電極３との間隔は０．０４ｍｍとして作製することができる。
【００４２】
＜半導体素子の構成＞
半導体素子４は、第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７に接続されている。半導体素子４は、第１接続導体５および第２接続導体６を介して伝達された第１電極２と第２電極３との間の静電容量の変化から、ダイヤフラム１３に加えられた圧力を算出し、その結果を外部接続導体７に出力する機能を備えている。具体的には、ダイヤフラム１３に加えられた圧力の大きさと圧力が加えられたときの静電容量の大きさとの関係のデータを半導体素子４にあらかじめ記録させておき、このデータと検出された静電容量の大きさとを照合することによって、ダイヤフラム１３に加えられた圧力の大きさを求めることができる。このように、圧力の大きさと静電容量の大きさとの関係のデータを半導体素子４にあらかじめ記録させておくことから、ダイヤフラム１３に加えられた圧力の大きさの変化と静電容量の大きさの変化が正比例の関係でなくても、正確に圧力の測定を行なうことができる。
【００４３】
半導体素子４は、絶縁基板１１の下面の凹部１７に設けられており、樹脂８によって気密封止されている。半導体素子４が絶縁基板１１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４が設けられている場合と比較して、第１電極２および第２電極３と半導体素子４との間の配線長さを短くすることができる。これにより、第１接続導体５および第２接続導体６の間で形成される不要な静電容量を低減できる。その結果、圧力検出装置１００は、ダイヤフラム１３に加えられた外部からの圧力の大きさを精度よく検知することができる。また、半導体素子４は、樹脂８によって気密封止されていることにより、耐久性が向上されている。
【００４４】
第１接続導体５、第２接続導体６、および外部接続導体７と半導体素子４との接続方法としては、例えば、はんだバンプ、金バンプ、導電性樹脂またはボンディングワイヤを用いることができる。
【００４５】
なお、本発明は上述の実施形態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において種々の変更、改良等が可能である。例えば、本実施形態においては、絶縁基板１１を平面視したときの外周形状が四角形状であるが、円形状、楕円形状または多角形状であってもよい。また、本実施形態においては、枠体１２の内周形状は円形状が好ましいが、四角形状、楕円形状または多角形状であってもよい。さらに、本実施形態においては、絶縁基板１１、枠体１２、ダイヤフラム１３およびセラミック層１５が一体的に形成されているが、枠体１２は絶縁基板１１と別々に形成されていてもよく、また枠体１２と絶縁基板１１とが異なる材料によって形成されていてもよい。また、本実施形態においては、第１電極２は平面視したときの形状が円形状であることが好ましいが、四角形状、楕円形状または多角形状であってもよい。また、本実施形態においては、第２電極３は平面視したときの形状が円形状であることが好ましいが、四角形状、楕円形状または多角形状であってもよい。また、本実施形態においては、金属層１４はダイヤフラム１３の焼成時の撓みを防止することを目的として設けられているが、その他の目的のために設けられていてもよい。具体的には、金属層１４をグランド電位と電気的に接続することで、外部からの電磁波に対するシールド層として用いることもできる。
【００４６】
＜変形例−１＞
圧力検出装置１００の変形例−１について説明する。なお、本変形例−１の各構成にお
いて、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
上述した実施形態に係る圧力検出装置１００は、平面視したときに、第２電極３および金属層１４が枠体１２の内周面よりも内側に位置していたが、これに限られない。具体的には、例えば、図６に示すように第２電極３の周縁および金属層１４の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置していてもよい。
【００４８】
本変形例−１では、第２電極３の周縁および金属層１４の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置している。このように金属層１４の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置していることによって、圧力の測定時に外圧によってダイヤフラム１３が内側に撓んだ際に、金属層１４の周縁に力が集中することを抑制できる。具体的には、金属層１４の周縁とセラミック層１５との間、つまり異なる材料からなる部材が隣接する部分に力が集中することを抑制することができる。その結果、基体１の外部の圧力の検出精度を向上させることができる。
【００４９】
さらに、金属層１４の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置しているとともに、第２電極層３の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置していることから、基体１の製造時にダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性をさらに抑制できる。具体的には、ダイヤフラム１３の下面に塗布される第２電極３用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響をダイヤフラム１３の上面に塗布される金属層１４用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響によって、より効果的に打ち消すことができる。
【００５０】
＜変形例−２＞
圧力検出装置１００の変形例−２について説明する。なお、本変形例−２の各構成において、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
上述した変形例−１の圧力検出装置１００は、セラミック層１５の上面の全体が露出していたがこれに限られない。例えば、図７に示すようにセラミック層１５の上面に補強部材１９がさらに設けられていてもよい。
【００５２】
本変形例−２では、セラミック層１５の上面のうち枠体１２と重なり合う位置に補強部材１９が設けられている。補強部材１９は、枠形状の部材であって、平面視したときの内周の形状が円形状であり外周の形状が四角形状である。
【００５３】
本変形例−２では、補強部材１９が設けられていることによって、セラミック層１５とダイヤフラム１３と間の密着強度を高めることができる。具体的には、圧力の測定時に外圧によってセラミック層１５の中央付近が下方向に撓むと、これに対応してセラミック層１５の周縁付近には上方向に変形しようとする力が生じる。このような力が生じるセラミック層１５の周縁付近の上面に補強部材１９を設けることによって、セラミック層の周縁付近に生じる変形を低減することができる。その結果、セラミック層１５とダイヤフラム１３との間の密着強度を高めることができる。
【００５４】
補強部材１９の材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのような絶縁材料を用いることができる。本変形例−２においては、補強部材１９はセラミック層１５とともに一体的に形成されている。
【００５５】
＜変形例−３＞
圧力検出装置１００の変形例−３について説明する。なお、本変形例−３の各構成において、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
上述した変形例２の圧力検出装置１００は、補強部材１９はセラミック層１５のみに接合されていたが、これに限られない。例えば、図８に示すように、補強部材１９は、セラミック層１５だけではなく、ダイヤフラム１３とも接合されていてもよい。
【００５７】
本変形例−３では、セラミック層１５の外縁がダイヤフラムの外縁よりも内側に位置しており、補強部材１９の下面は、セラミック層１５の上面およびダイヤフラム１３の上面と接合されている。これにより、セラミック層１５を互いに接合されたダイヤフラム１３と補強部材１９とによって挟むように保持することができる。そのため、セラミック層１５とダイヤフラム１３との間の密着強度をさらに高めることができる。
【００５８】
好ましくは、セラミック層１５は、上面が外縁に向かうに連れて低くなるように傾斜している傾斜面を有していることが良い。セラミック層１５の上面がこのような傾斜面を有していることによって、セラミック層１５をダイヤフラム１３と補強部材１９とによってより強固に挟むことができる。そのため、セラミック層１５とダイヤフラム１３との間の密着強度をさらに高めることができる。
【００５９】
＜変形例−４＞
圧力検出装置１００の変形例−４について説明する。なお、本変形例−４の各構成において、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
上述した実施形態に係る圧力検出装置１００は、セラミック層１５の外径がダイヤフラム１２の外径と等しく形成されていたが、これに限られない。たとえば、図９に示すように平面透視したときに枠体１２と重なり合わない位置にセラミック層１５が設けられていてもよい。
【００６１】
本変形例−４では、セラミック層１５の周縁が枠体１２の内周面よりも内側に位置している。これにより、圧力の測定時にダイヤフラム１３を撓ませやすくすることができる。具体的には、ダイヤフラム１３は、圧力の測定時に、枠対１２の内周面の直上に位置する領域を起点として撓む。この領域にセラミック層１５が形成されていないことによって、撓みの起点となる領域を薄く形成することができる。その結果、圧力の測定時にダイヤフラム１３を撓ませやすくすることができる。
【００６２】
＜変形例−５＞
圧力検出装置１００の変形例−５について説明する。なお、本変形例−５の各構成において、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６３】
上述した実施形態に係る圧力検出装置１００は、ダイヤフラム１２の下面に設けられた第２電極３が空間１６に露出していたが、これに限られない。たとえば、図１０に示すように第２電極３が第２セラミック層１８に覆われていてもよい。
【００６４】
本変形例−５では、ダイヤフラム１２の下面に第２セラミック層１８が設けられるとともに、第２セラミック層１８が第２電極３を覆っている。この第２セラミック層１８が設けられていることによって、想定外の大きさの圧力が印加された際に第１電極２と第２電極３とが短絡することを抑制できる。
【００６５】
好ましくは、第２セラミック層１８はセラミック層１５と同じ材料で形成されていることが好ましい。これにより、焼成の際にダイヤフラムに反りが生じる可能性を抑制できる。
【００６６】
＜圧力検出装置の製造方法＞
まず、圧力検出装置用基体１の製造方法について説明する。圧力検出装置用基体１において、例えば、絶縁基板１１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、酸化マグネシウムまたは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、可塑剤および分散剤を添加混合してペースト状とし、これをドクタブレード法によってシート状に成形することで、セラミックグリーンシートが形成される。このセラミックグリーンシートを所定形状で打ち抜いて積層し、焼成することによって一体化された絶縁基板１１、枠体１２、ダイヤフラム１３およびセラミック層１５を作製することができる。
【００６７】
第１電極２、第２電極３、金属層１４、第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７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によって絶縁基板１１用、枠体１２用またはダイヤフラム１３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、これを絶縁基板１１用、枠体１２用またはダイヤフラム１３用のセラミックグリーンシート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。
【００６８】
最後に、圧力検出装置用基体１に半導体素子４を搭載することで圧力検出装置１００とすることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１１：絶縁基板
１２：枠体
１３：ダイヤフラム
１４：金属層
１５：セラミック層
１６：空間
１７：凹部
２：第１電極
３：第２電極
４：半導体素子
５：第１接続導体
６：第２接続導体
７：外部接続導体
８：樹脂
１：圧力検出装置用基体
１００：圧力検出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出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装置として、静電容量型の圧力検出装置が知られている。このような圧力検出装置に用いられる圧力検出装置用パッケージ（以下、単にパッケージとも言う）としては、例えば、特許文献１に記載の圧力検出装置用パッケージが挙げられる。
【０００３】
特許文献１に記載のパッケージにおいては、外圧に起因する静電容量の変化を測定することによって、セラミック板にかかる圧力の大きさを検知する。
【０００４】
従来のパッケージでは、製造時においてセラミック板が大きな反りが発生してしまうことがあり、その場合には、使用時におけるセラミック板が撓む量を精度よく検出することが難しい。そこで、特許文献１に記載のパッケージでは、セラミック板の上面に補助メタライズ層が設けられている。これにより、セラミック板の下面に塗布される第二メタライズ電極用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響を、セラミック板の上面に塗布される補助メタライズ層用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響によって打ち消すことができる。その結果、製造時にセラミック板に大きな反りが発生する可能性を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３０７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のパッケージでは、圧力の検出精度を向上させることが困難な場合があった。具体的には、使用時に補助メタライズ層が外部の影響を受けることにより変質して、圧力が加わった際のセラミック板の撓み量が変化してしまう可能性がある。この場合には、使用時に検出される静電用容量が変化してしまい、圧力検出装置の感度が変化してしまう可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る圧力検出装置用基体は、絶縁基板と、絶縁基板の上面に設けられた第１電極と、絶縁基板の上面に第１電極を囲んで設けられた枠体と、枠体上に絶縁基板および枠体とともに密閉空間を形成するように設けられたダイヤフラムと、ダイヤフラムの下面に設けられた、第１電極と対向する第２電極と、ダイヤフラムの上面のうち第２電極と上下に重なり合う部分に設けられた金属層と、金属層を覆うように設けられたセラミック層とを備えている。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る圧力検出装置は、上記の圧力検出装置用基体と、第１電極および第２電極に電気的に接続された半導体素子とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置によれば、金属層を覆うように設けられたセラミック層が設けられていることから、金属層が外部の影響を受ける
可能性を低減できる。このため、金属層が変質して圧力が加わった際のダイヤフラムの撓み量が使用時に変化することを抑制でき、圧力検出装置の感度が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置をＡ−Ａ’線で切った断面図である。
【図３】図２に示す圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置をＢ−Ｂ’線で切って上方向から見た断面図である。
【図４】図２に示す圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置をＣ−Ｃ’線で切って下方向から見た断面図である。
【図５】図２に示す圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置をＤ−Ｄ’線で切って下方向から見た断面図である。
【図６】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例１を示す断面図である。
【図７】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例２を示す断面図である。
【図８】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例３を示す断面図である。
【図９】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例４を示す断面図である。
【図１０】圧力検出装置用基体およびこれを用いた圧力検出装置の変形例５を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る圧力検出装置および圧力検出装置用基体について図面を参照して説明する。
【００１２】
＜圧力検出装置の構成＞
図１〜５に示すように、本発明の一実施形態の圧力検出装置１００は、圧力検出装置用基体（以下、単に基体とも言う）１と、圧力検出装置用基体１に設置された半導体素子４とを備えている。圧力検出装置１００は、気体の圧力を検出することに用いることができる。具体的には、例えば、タイヤの空気圧を検出するため、あるいは、エンジンのような燃焼機関の内部の圧力を検出するために圧力検出装置が用いられる。タイヤの空気圧を検出する場合には、圧力検出装置はタイヤの内部に設けられる。また、燃焼機関の内部の圧力を検出する場合には、圧力検出装置は、燃焼機関の内部に設けられる。
【００１３】
＜圧力検出装置用基体１の構成＞
本発明の一実施形態の圧力検出装置用基体１は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の上面に設けられた第１電極２と、絶縁基板１１の上面に設けられた枠体１２と、枠体１２上に設けられたダイヤフラム１３と、ダイヤフラム１３の下面に設けられた第２電極３と、ダイヤフラム１３の上面に設けられた金属層１４と、金属層１４を覆うように設けられたセラミック層１５とを備えている。
【００１４】
本実施形態における絶縁基板１１は、板状の部材であって、平面視したときの形状が四角形状であり、側面にはキャスタレーションが設けられている。絶縁基板１１は、枠体１２を介してダイヤフラム１３を支持するために設けられている。また、絶縁基板１１の下面には、半導体素子４を収納するための凹部１７が形成されている。凹部１７は、平面視
したときの内周の形状が四角形状である。
【００１５】
絶縁基板１１の材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのような絶縁材料を用いることができる。
【００１６】
枠体１２は、絶縁基板１１の上面に設けられている。これにより、絶縁基板１１とダイヤフラム１３との間に所定の間隔を確保することができる。その結果、ダイヤフラム１３に外部から圧力が加わったときに、ダイヤフラム１３を絶縁基板１１に向かって（図においては下方に向かって）撓ませることが可能になる。
【００１７】
本実施形態における枠体１２は、平面視したときの内周の形状が円形状であって、外周の形状が四角形状である。このように、平面視したときの枠体１２の内周の形状が円形状であることから、ダイヤフラム１３に外部からの圧力が加わった際に枠体１２に伝わる力を分散させて絶縁基板１１に伝えることができる。詳しくは、枠体１２の内周の形状が多角形状の場合、ダイヤフラム１３に外部からの圧力が加わった際に枠体１２の内周の角部に応力が集中する可能性がある。枠体１２の内周の形状が円形状であることによって、このように応力が集中することを抑制できる。その結果、絶縁基板１１に部分的に圧力が集中する可能性を低減することができるので、圧力検出装置用基体１の信頼性を向上させることができる。
【００１８】
枠体１２の材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのような絶縁材料を用いることができる。本実施形態においては、枠体１２は絶縁基板１１とともに一体的に形成されている。
【００１９】
本実施形態における第１電極２は、絶縁基板１１の上面であって、枠体１２に囲まれるように枠体１２の内側に設けられている。第１電極２と後述する第２電極３との間には静電容量が形成される。ダイヤフラム１３が外部から圧力を受けたときに、この圧力によってダイヤフラム１３が撓むので、第１電極２と第２電極３との間隔が変化する。これにより、第１電極２と第２電極３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て、演算を行なうことによって、圧力の大きさを求めることができる。
【００２０】
圧力の大きさを求めるための演算は、例えば、絶縁基板１１の下面の凹部１７に収納される半導体素子４を設け、この半導体素子４を用いて行なうことができる。図１に示す圧力検出装置１００では、凹部１７に設けた半導体素子４を凹部１７に充填した樹脂８で気密封止した状態を示している。
【００２１】
また、圧力検出装置用基体１の外部に別途装置を設け、この装置を用いて同様の演算を行なうこともできる。圧力検出装置用基体１の外部に別途装置を設ける場合、半導体素子４は圧力の大きさを求めるための演算を行なうためのものではなく、単に第１電極２および第２電極３から送られた信号を増幅するだけの機能を有しているものであってもよい。
【００２２】
第１電極２は、平面透視したときの形状が円形状である。第１電極２の外周の形状が、枠体１２の内周の形状と相似であることにより、第１電極２を広い範囲に形成することができる。そのため、第２電極３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。結果として、圧力検出装置用基体１の外部からの圧力の変化を検出する精度を向上させることができる。
【００２３】
第１電極２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、例え
ば、タングステン、モリブデン、銅もしくは銀等の金属材料またはそれらを用いた合金を用いることができる。
【００２４】
本実施形態におけるダイヤフラム１３は、板状の部材であって、平面視したときの形状が四角形状である。ダイヤフラム１３は、絶縁基板１１と枠体１２とともに気密封止された空間１６を形成するように枠体１２の上面に接合されている。ダイヤフラム１３が枠体１２の上面に接合されることにより、円形状の可撓領域が形成される。
【００２５】
ダイヤフラム１３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、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのような絶縁材料を用いることができる。本実施形態においては、ダイヤフラム１３は枠体１２とともに一体的に形成されている。
【００２６】
また、ダイヤフラム１３、絶縁基板１１および枠体１２によって囲まれた領域に気密封止された空間１６が形成されていることによって、第１電極２および第２電極３が外気の影響を受けて変質する可能性を抑制できる。その結果、圧力検出装置用基体１の信頼性を向上させることができる。空間１６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、窒素またはアルゴンを用いることができる。これにより、第１電極２および第２電極３が変質する可能性をさらに抑制することができる。
【００２７】
本実施形態における第２電極３は、ダイヤフラム１３の下面に設けられている。第２電極３は、平面透視したときに第１電極２と重なる領域に位置している。第２電極３と第１電極２との間に静電容量が形成される。
【００２８】
第２電極３は、平面透視したときの形状が円形状である。
【００２９】
第２電極３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、例えば、タングステン、モリブデン、銅もしくは銀等の金属材料またはそれらを用いた合金を用いることができる。
【００３０】
本実施形態における金属層１４は、ダイヤフラム１３の上面のうち第２電極３と上下に重なり合う部分に設けられている。金属層１４は、平面透視したときに枠体１２の内側に位置している。ダイヤフラム１３の上面に金属層１４が設けられていることにより、基体１の製造時にダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性を抑制できる。具体的には、ダイヤフラム１３の下面に塗布される第２電極３用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響をダイヤフラム１３の上面に塗布される金属層１４用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響によって打ち消すことができ、製造時のダイヤフラム１３の反りを小さくすることができる。
【００３１】
金属層１４は、平面透視したときの形状が円形状である。金属層１４の形状が第２電極３の形状と相似な形状であることにより、ダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性をより抑制できる。なお、ここでいう「相似」とは、厳密に金属層１４と第２電極３とが相似形状である必要はない。具体的には、配線の引き回しのための多少の差異は許容することができる。また、製造誤差程度の差異も許容することができる。
【００３２】
さらに、本実施形態における金属層１４は、平面透視したときの形状が第２電極３の形状と同一である。これにより、ダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性をさらに抑制できる。なお、ここでいう「同一」とは厳密に金属層１４と第２電極３とが同一の形状である必要はない。具体的には、配線の引き回しのための多少の差異は許容することができる。また、製造誤差程度の差異も許容する。
【００３３】
金属層１４としては、例えば、タングステン、モリブデン、銅もしくは銀等の金属材料またはそれらを用いた合金を用いることができる。好ましくは、金属層１４は第２電極３と同じ金属で形成されることが良い。これにより、ダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性をより抑制できる。
【００３４】
本実施形態におけるセラミック層１５は、金属層１４を覆うように設けられている。セラミック層１５は、ダイヤフラム１３の上面および金属層１４の上面に位置している。セラミック層１５は、平面視したときの形状が四角形状である。
【００３５】
セラミック層１５は、セラミック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、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのようなセラミック材料を用いることができる。本実施形態においては、セラミック層１５はダイヤフラム１３とともに一体的に形成されており、セラミック層１５は、絶縁基板１１、枠体１２、ダイヤフラム１３と同質のセラミックスが用いられる。
【００３６】
セラミック層１５が金属層１４を覆うように設けられていることにより、金属層１４が外部の影響を受ける可能性を低減できる。このため、金属層１４が変質して圧力が加わった際のダイヤフラム１３の撓み量が使用時に変化することを抑制でき、圧力検出装置の感度が低下することを抑制することができる。なお、セラミック層１５は外部の影響を受けにくいことから、セラミック層１５は外部に露出していて構わない。
【００３７】
好ましくは、セラミック層１５の密度がダイヤフラム１３の密度よりも小さいことが良い。これにより、セラミック層１５が弾性変形しやすくなることから、セラミック層１５が設けられることによってダイヤフラム１３の撓み量が変化することを抑制できる。その結果、良好にダイヤフラム１３を撓ませつつ、金属層１４を保護することができる。
【００３８】
セラミック層１５の密度をダイヤフラム１３の密度よりも小さくする方法としては、例えばバインダの量を調整する方法が挙げられる。具体的には、セラミック層１５用のセラミックグリーンシートに用いるバインダの量をダイヤフラム１３用のセラミックグリーンシートに用いるバインダの量よりも多く設定すれば良い。
【００３９】
基体１は、さらに第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７を備えている。第１接続導体５は、第１電極２および絶縁基板１１の凹部１７に設けられる半導体素子４を電気的に接続するために設けられている。また、第２接続導体６は第２電極３および半導体素子４を電気的に接続するために設けられている。また、外部接続導体７は、半導体素子４および外部回路を電気的に接続するために設けられている。第１接続導体５は、絶縁基板１１の内部に設けられており、絶縁基板１１の上面と絶縁基板１１の凹部１７に引き出されている。第２接続導体６は、枠体１２および絶縁基板１１の内部に設けられており、枠体１２の上面および絶縁基板１１の凹部１７に引き出されている。外部接続導体７は、凹部１７から絶縁基板１１の下面のうち凹部１７以外の領域に引き出されている。第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７は、短絡することがないように、それぞれ離して設けられている。
【００４０】
第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７としては、例えば、タングステン、モリブデン、銅もしくは銀等の金属材料またはそれらを用いた合金を用いることができる。
【００４１】
ここで、基体１の寸法の一例を示すと、絶縁基板１１および枠体１２、ダイヤフラム１
３の外形寸法は縦７ｍｍ×横７ｍｍ、絶縁基板１１の厚みは１ｍｍ、枠体１２の内径は５ｍｍφ、厚みは０．０５ｍｍ、ダイヤフラム１３の厚みは０．２ｍｍ、第１電極２、第２電極３および金属層１４の直径はそれぞれ３ｍｍφ、第１電極２、第２電極３、金属層１４の厚みは０．００５ｍｍ、セラミック層１５の厚みは０．２ｍｍ、第１電極２と第２電極３との間隔は０．０４ｍｍとして作製することができる。
【００４２】
＜半導体素子の構成＞
半導体素子４は、第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７に接続されている。半導体素子４は、第１接続導体５および第２接続導体６を介して伝達された第１電極２と第２電極３との間の静電容量の変化から、ダイヤフラム１３に加えられた圧力を算出し、その結果を外部接続導体７に出力する機能を備えている。具体的には、ダイヤフラム１３に加えられた圧力の大きさと圧力が加えられたときの静電容量の大きさとの関係のデータを半導体素子４にあらかじめ記録させておき、このデータと検出された静電容量の大きさとを照合することによって、ダイヤフラム１３に加えられた圧力の大きさを求めることができる。このように、圧力の大きさと静電容量の大きさとの関係のデータを半導体素子４にあらかじめ記録させておくことから、ダイヤフラム１３に加えられた圧力の大きさの変化と静電容量の大きさの変化が正比例の関係でなくても、正確に圧力の測定を行なうことができる。
【００４３】
半導体素子４は、絶縁基板１１の下面の凹部１７に設けられており、樹脂８によって気密封止されている。半導体素子４が絶縁基板１１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４が設けられている場合と比較して、第１電極２および第２電極３と半導体素子４との間の配線長さを短くすることができる。これにより、第１接続導体５および第２接続導体６の間で形成される不要な静電容量を低減できる。その結果、圧力検出装置１００は、ダイヤフラム１３に加えられた外部からの圧力の大きさを精度よく検知することができる。また、半導体素子４は、樹脂８によって気密封止されていることにより、耐久性が向上されている。
【００４４】
第１接続導体５、第２接続導体６、および外部接続導体７と半導体素子４との接続方法としては、例えば、はんだバンプ、金バンプ、導電性樹脂またはボンディングワイヤを用いることができる。
【００４５】
なお、本発明は上述の実施形態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において種々の変更、改良等が可能である。例えば、本実施形態においては、絶縁基板１１を平面視したときの外周形状が四角形状であるが、円形状、楕円形状または多角形状であってもよい。また、本実施形態においては、枠体１２の内周形状は円形状が好ましいが、四角形状、楕円形状または多角形状であってもよい。さらに、本実施形態においては、絶縁基板１１、枠体１２、ダイヤフラム１３およびセラミック層１５が一体的に形成されているが、枠体１２は絶縁基板１１と別々に形成されていてもよく、また枠体１２と絶縁基板１１とが異なる材料によって形成されていてもよい。また、本実施形態においては、第１電極２は平面視したときの形状が円形状であることが好ましいが、四角形状、楕円形状または多角形状であってもよい。また、本実施形態においては、第２電極３は平面視したときの形状が円形状であることが好ましいが、四角形状、楕円形状または多角形状であってもよい。また、本実施形態においては、金属層１４はダイヤフラム１３の焼成時の撓みを防止することを目的として設けられているが、その他の目的のために設けられていてもよい。具体的には、金属層１４をグランド電位と電気的に接続することで、外部からの電磁波に対するシールド層として用いることもできる。
【００４６】
＜変形例−１＞
圧力検出装置１００の変形例−１について説明する。なお、本変形例−１の各構成にお
いて、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
上述した実施形態に係る圧力検出装置１００は、平面視したときに、第２電極３および金属層１４が枠体１２の内周面よりも内側に位置していたが、これに限られない。具体的には、例えば、図６に示すように第２電極３の周縁および金属層１４の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置していてもよい。
【００４８】
本変形例−１では、第２電極３の周縁および金属層１４の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置している。このように金属層１４の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置していることによって、圧力の測定時に外圧によってダイヤフラム１３が内側に撓んだ際に、金属層１４の周縁に力が集中することを抑制できる。具体的には、金属層１４の周縁とセラミック層１５との間、つまり異なる材料からなる部材が隣接する部分に力が集中することを抑制することができる。その結果、基体１の外部の圧力の検出精度を向上させることができる。
【００４９】
さらに、金属層１４の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置しているとともに、第２電極層３の周縁が枠体１２の内周面よりも外側に位置していることから、基体１の製造時にダイヤフラム１３に大きな反りが発生する可能性をさらに抑制できる。具体的には、ダイヤフラム１３の下面に塗布される第２電極３用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響をダイヤフラム１３の上面に塗布される金属層１４用のメタライズペーストの焼成時の収縮による影響によって、より効果的に打ち消すことができる。
【００５０】
＜変形例−２＞
圧力検出装置１００の変形例−２について説明する。なお、本変形例−２の各構成において、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
上述した変形例−１の圧力検出装置１００は、セラミック層１５の上面の全体が露出していたがこれに限られない。例えば、図７に示すようにセラミック層１５の上面に補強部材１９がさらに設けられていてもよい。
【００５２】
本変形例−２では、セラミック層１５の上面のうち枠体１２と重なり合う位置に補強部材１９が設けられている。補強部材１９は、枠形状の部材であって、平面視したときの内周の形状が円形状であり外周の形状が四角形状である。
【００５３】
本変形例−２では、補強部材１９が設けられていることによって、セラミック層１５とダイヤフラム１３と間の密着強度を高めることができる。具体的には、圧力の測定時に外圧によってセラミック層１５の中央付近が下方向に撓むと、これに対応してセラミック層１５の周縁付近には上方向に変形しようとする力が生じる。このような力が生じるセラミック層１５の周縁付近の上面に補強部材１９を設けることによって、セラミック層の周縁付近に生じる変形を低減することができる。その結果、セラミック層１５とダイヤフラム１３との間の密着強度を高めることができる。
【００５４】
補強部材１９の材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスのような絶縁材料を用いることができる。本変形例−２においては、補強部材１９はセラミック層１５とともに一体的に形成されている。
【００５５】
＜変形例−３＞
圧力検出装置１００の変形例−３について説明する。なお、本変形例−３の各構成において、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
上述した変形例２の圧力検出装置１００は、補強部材１９はセラミック層１５のみに接合されていたが、これに限られない。例えば、図８に示すように、補強部材１９は、セラミック層１５だけではなく、ダイヤフラム１３とも接合されていてもよい。
【００５７】
本変形例−３では、セラミック層１５の外縁がダイヤフラムの外縁よりも内側に位置しており、補強部材１９の下面は、セラミック層１５の上面およびダイヤフラム１３の上面と接合されている。これにより、セラミック層１５を互いに接合されたダイヤフラム１３と補強部材１９とによって挟むように保持することができる。そのため、セラミック層１５とダイヤフラム１３との間の密着強度をさらに高めることができる。
【００５８】
好ましくは、セラミック層１５は、上面が外縁に向かうに連れて低くなるように傾斜している傾斜面を有していることが良い。セラミック層１５の上面がこのような傾斜面を有していることによって、セラミック層１５をダイヤフラム１３と補強部材１９とによってより強固に挟むことができる。そのため、セラミック層１５とダイヤフラム１３との間の密着強度をさらに高めることができる。
【００５９】
＜変形例−４＞
圧力検出装置１００の変形例−４について説明する。なお、本変形例−４の各構成において、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
上述した実施形態に係る圧力検出装置１００は、セラミック層１５の外径がダイヤフラム１２の外径と等しく形成されていたが、これに限られない。たとえば、図９に示すように平面透視したときに枠体１２と重なり合わない位置にセラミック層１５が設けられていてもよい。
【００６１】
本変形例−４では、セラミック層１５の周縁が枠体１２の内周面よりも内側に位置している。これにより、圧力の測定時にダイヤフラム１３を撓ませやすくすることができる。具体的には、ダイヤフラム１３は、圧力の測定時に、枠対１２の内周面の直上に位置する領域を起点として撓む。この領域にセラミック層１５が形成されていないことによって、撓みの起点となる領域を薄く形成することができる。その結果、圧力の測定時にダイヤフラム１３を撓ませやすくすることができる。
【００６２】
＜変形例−５＞
圧力検出装置１００の変形例−５について説明する。なお、本変形例−５の各構成において、前述の圧力検出装置１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６３】
上述した実施形態に係る圧力検出装置１００は、ダイヤフラム１２の下面に設けられた第２電極３が空間１６に露出していたが、これに限られない。たとえば、図１０に示すように第２電極３が第２セラミック層１８に覆われていてもよい。
【００６４】
本変形例−５では、ダイヤフラム１２の下面に第２セラミック層１８が設けられるとともに、第２セラミック層１８が第２電極３を覆っている。この第２セラミック層１８が設けられていることによって、想定外の大きさの圧力が印加された際に第１電極２と第２電極３とが短絡することを抑制できる。
【００６５】
好ましくは、第２セラミック層１８はセラミック層１５と同じ材料で形成されていることが好ましい。これにより、焼成の際にダイヤフラムに反りが生じる可能性を抑制できる。
【００６６】
＜圧力検出装置の製造方法＞
まず、圧力検出装置用基体１の製造方法について説明する。圧力検出装置用基体１において、例えば、絶縁基板１１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、酸化マグネシウムまたは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、可塑剤および分散剤を添加混合してペースト状とし、これをドクタブレード法によってシート状に成形することで、セラミックグリーンシートが形成される。このセラミックグリーンシートを所定形状で打ち抜いて積層し、焼成することによって一体化された絶縁基板１１、枠体１２、ダイヤフラム１３およびセラミック層１５を作製することができる。
【００６７】
第１電極２、第２電極３、金属層１４、第１接続導体５、第２接続導体６および外部接続導体７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によって絶縁基板１１用、枠体１２用またはダイヤフラム１３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、これを絶縁基板１１用、枠体１２用またはダイヤフラム１３用のセラミックグリーンシート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。
【００６８】
最後に、圧力検出装置用基体１に半導体素子４を搭載することで圧力検出装置１００とすることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１１：絶縁基板
１２：枠体
１３：ダイヤフラム
１４：金属層
１５：セラミック層
１６：空間
１７：凹部
２：第１電極
３：第２電極
４：半導体素子
５：第１接続導体
６：第２接続導体
７：外部接続導体
８：樹脂
１：圧力検出装置用基体
１００：圧力検出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
該絶縁基板の上面に設けられた第１電極と、
前記絶縁基板の上面に前記第１電極を囲んで設けられた枠体と、
該枠体上に前記絶縁基板および前記枠体とともに密閉空間を形成するように設けられたダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの下面に設けられた、前記第１電極と対向する第２電極と、
前記ダイヤフラムの上面のうち前記第２電極と上下に重なり合う部分に設けられた金属層と、
該金属層を覆うように設けられたセラミック層とを備えたことを特徴とする圧力検出装置用基体。
【請求項２】
平面視したときに、前記第２電極の周縁および前記金属層の周縁が前記枠体の内周面よりも外側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置用基体。
【請求項３】
平面視したときに、前記金属層は前記第２電極と同じ形状であることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置用基体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧力検出装置用基体と、前記第１電極および前記第２電極に電気的に接続された半導体素子とを備えた圧力検出装置。
【請求項１】
絶縁基板と、
該絶縁基板の上面に設けられた第１電極と、
前記絶縁基板の上面に前記第１電極を囲んで設けられた枠体と、
該枠体上に前記絶縁基板および前記枠体とともに密閉空間を形成するように設けられたダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの下面に設けられた、前記第１電極と対向する第２電極と、
前記ダイヤフラムの上面のうち前記第２電極と上下に重なり合う部分に設けられた金属層と、
該金属層を覆うように設けられたセラミック層とを備えたことを特徴とする圧力検出装置用基体。
【請求項２】
平面視したときに、前記第２電極の周縁および前記金属層の周縁が前記枠体の内周面よりも外側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置用基体。
【請求項３】
平面視したときに、前記金属層は前記第２電極と同じ形状であることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置用基体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧力検出装置用基体と、前記第１電極および前記第２電極に電気的に接続された半導体素子とを備えた圧力検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１３６３９（Ｐ２０１３−１１３６３９Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８２９５（Ｐ２０１１−２５８２９５）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]