JP2005326190A - 圧力センサ、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチモード容量型圧力センサにおいて、圧力センサ側端子と外部回路とを接続するための導電性接着剤の一部がこの金属パターン間を短絡させることを防止する。
【解決手段】上部引出し電極膜１４は、切欠き部１６によって左右の上部引出し電極膜片１４ａ、１４ｂに分割され、一方の上部引出し電極膜片だけが可動電極１３と導通し、下部引出し電極膜５は、切欠き部７によって左右の下部引出し電極膜片５ａ、５ｂに分割され、一方の下部引出し電極膜片だけが固定電極４と導通し、上部引出し電極膜と下部引出し電極膜に夫々設けた各切欠き部は互いに合致する位置関係にあることによって各切欠き部を介して空間は外部と連通した状態にあり、検出片１２は、切欠き部の両側方位置に夫々前後方向へ突出する突起部１２ｃを２つずつ備え、突起部間に充填された接着剤によって切欠き部が封止される。
【選択図】図１

Description

本発明はタッチモード容量型圧力センサ、及びその製造方法の改良に関し、ゴムタイヤ内の空気圧センサ等、過酷な使用環境においても経時的に優れた性能を維持することができる圧力センサ、及びその製造方法に関する。

自動車等の車両に装備されるタイヤには、その空気圧を圧力センサにより検出して異常発生時に警告を発するタイヤ圧モニタリングシステムが装備されている。この種の圧力センサは、ゴムタイヤ内に装備されて空気圧、及び空気圧変化を測定する。
この種の圧力センサとして、特開平１１−２４８５８２号公報には、基台としてのガラス基板上にダイヤフラムを備えたシリコン基板を接合した際に、ダイヤフラムとガラス基板との間に形成される微小空間を気密封止するために、シリコン基板の他の部位に形成した貫通孔内に絶縁性樹脂を充填することによって、微小空間と外部とを連通する凹溝を塞ぐようにした静電容量型圧力センサが開示されている。
しかし、封止用の樹脂を充填するための貫通孔を各素子ごとに一つずつ設ける必要があるので、シリコン基板面積の小型化に限界があり、素子全体の小型化に不利である。
また、封止用の樹脂は貫通孔を確実に塞ぐことはできるが、シリコン基板下面に設けられた内外方向へ延びる凹溝を完全に塞ぐことができず、気密漏れが発生し易い。
また、端子を導電性接着剤によって外部回路と接続した場合には、導電性接着剤塗布時に飛散する接着剤によってガラス基板上の固定電極と周辺金属パターン間が短絡する虞がある（後述）。このような不具合を無くするためには、導電性接着剤を必要最小限の微量ずつ特定個所に滴下する煩雑且つ時間のかかる作業を実施する必要があり、製造工程が複雑化する原因となる。
この他に、圧力によってダイヤフラムが変形し、誘電体薄膜を介して対向する電極と接触することによって生じる静電容量変化を、圧力検出に利用するタッチモード容量型圧力センサ（電気学会論文誌 ２００３年 Ｖｏｌ．１２３−Ｅ 「タイヤ圧モニタリングシステム用タッチモード容量型圧力センサ」）が知られている。

図１４（ａ）及び（ｂ）は夫々従来の圧力センサにおける基台上の金属膜パターンの平面図、及びダイヤフラム（薄肉部）を備えた検出片下面に形成される金属膜パターンの透視図である。
図１４（ａ）において、符号１００は基台上に形成した固定電極（下部電極膜）であり、固定電極１００の外周には所定のギャップを隔てて下部電極パターン１０１が形成されている。矩形の固定電極１００から延びた引出し電極１００ａは下部電極パターン１０１の切れ目から外部へ引き出されている。
一方、図１４（ｂ）において、符号１０５は、検出片のダイヤフラム下面に形成した可動電極（上部電極）であり、この可動電極１０５からは上部引出し電極１０５ａが引き出されている。基台上に検出片を接合した場合には、下部電極パターン１０１の一部が上部引出し電極１０５ａと接合された状態となる。
しかし、このような金属膜パターンにあっては、図１４（ａ）に示すように電気的に分離されるべき２つの部分、即ち、下部電極パターン１０１と固定電極１００、下部電極パターン１０１と引出し電極１００ａとが、夫々微小な間隔（０．１ｍｍ程度）を隔てて近接しているに過ぎないため、圧力センサを容器内に収容する際に、圧力センサ側の端子１００ｂ、１０１ａと外部回路とを接続するために塗布する導電性接着剤の一部が電位の異なる２つのパターン間に跨って付着することによってパターン間に短絡を起こす事態が発生し易くなる。即ち、図示の例では、右側の端子１００ｂは０．１ｍｍ程度の間隔を隔てて電位の異なるパターンと近接しているため、このパターン間に跨って導電性接着剤が僅かでも付着すると短絡が発生する。そのため、接着剤の塗布量、塗布位置を高精度に制御する必要があり、これが生産性を低下させる大きな原因となっている。

また、金属パターンのうちタイヤ内の高気圧に曝される部分には、金属パターンの一部が剥離してひげ状のウィスカーを形成するマイグレーションが発生し易い。固定電極１００とそれを包囲する下部電極パターン１０１ｂとの間の空間は気密空間内にあるため、これらの金属部分にはウィスカーが形成されない。一方、右側に位置する下部電極パターン１０１ｂと、引出し電極１００ａとの近接部は高気圧内に位置するため、この金属部分にはウィスカーが発生しやすく、短絡が発生し易い。
なお、気密空間Ｓ内を大気圧に設定した場合には、温度変化によって空間内の空気が膨張収縮するため、ダイヤフラムが基台から離間する方向へ変形したり、或いは基台側へ接近する方向へ変形することとなる。このため、測定のための初期値にばらつきが発生し、安定した圧力測定が困難となる。
特開平１１−２４８５８２号公報 電気学会論文誌 ２００３年 Ｖｏｌ．１２３−Ｅ 「タイヤ圧モニタリングシステム用タッチモード容量型圧力センサ」

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、タッチモード容量型圧力センサにおいて、素子面積を大型化することなく、基台上の固定電極と、その周辺金属パターンとが微小距離を隔てて近接配置されている場合であっても、圧力センサ側端子と外部回路とを接続するための導電性接着剤の一部が金属パターン間を短絡させることを防止することができる圧力センサ、及びその製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、絶縁材料から成る底板と、該底板の上面に順次積層された固定電極及び誘電体膜と、固定電極と離間し且つ固定電極外周をほぼ包囲するように底板上面に形成された下部引出し電極膜と、を備えた基台と、誘電体膜と対向する位置関係にある薄肉部、及び該薄肉部の外周縁に一体化された厚肉環状部を有した絶縁材料から成る検出片と、該薄肉部下面の少なくとも一部に形成され且つ固定電極と対向する位置関係にある可動電極と、検出片の厚肉環状部下面に形成され且つ可動電極と離間し且つ可動電極外周をほぼ包囲するように構成された上部引出し電極膜と、を有した検出部材と、を備え、基台上面に検出部材を接合する際に、基台上面の下部引出し電極膜は、検出部材下面の上部引出し電極膜と整合する位置関係で接合するように構成され、可動電極と、固定電極を覆う誘電体膜との間に微小ギャップの空間が形成された圧力センサであって、上部引出し電極膜は、前後端縁に夫々設けた切欠き部によって左右の上部引出し電極膜片に分割され、一方の上部引出し電極膜片だけが可動電極と導通し、下部引出し電極膜は、前後端縁に夫々設けた切欠き部によって左右の下部引出し電極膜片に分割され、一方の下部引出し電極膜片だけが固定電極と導通し、他方の上部引出し電極膜片は、一方の下部引出し電極膜片を介して固定電極と導通し、他方の下部引出し電極膜片は、一方の上部引出し電極膜片を介して可動電極と導通し、上部引出し電極膜と下部引出し電極膜に夫々設けた各切欠き部は互いに合致する位置関係にあることによって各切欠き部を介して前記空間は外部と連通した状態にあり、前記検出片は、前記切欠き部の両側方位置に夫々前後方向へ突出する突起部を２つずつ備え、前記２つの突起部間に充填された接着剤によって前記切欠き部が封止され、前記各下部引出し電極膜片は、２つの突起部の外側位置に延在しており、突起部の外側に位置する下部引出し電極膜片の端部を外部回路との接続用端子としていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記上部引出し電極膜は、前記突起部の下面にまで延在しており、該突起部下面の上部引出し電極膜は基台上の下部引出し電極膜の一部と固着されることを特徴とする。
請求項３の発明は、絶縁材料から成る底板と、該底板の上面に順次積層された固定電極及び誘電体膜と、固定電極と離間し且つ固定電極の外周をほぼ包囲するように底板上面に形成された下部引出し電極膜と、を備えた基台と、誘電体膜と対向する位置関係にある薄肉部、及び該薄肉部の外周縁に一体化された厚肉環状部を有した絶縁材料から成る検出片と、該薄肉部下面の少なくとも一部に形成され且つ固定電極と対向する位置関係にある可動電極と、検出片の厚肉環状部下面に形成され且つ可動電極と離間し且つ可動電極の外周をほぼ包囲するように構成された上部引出し電極膜と、を有した検出部材と、を備え、基台上面に検出部材を接合する際に、基台上面の下部引出し電極膜は、検出部材下面の上部引出し電極膜と整合する位置関係で接合するように構成され、可動電極と、固定電極を覆う誘電体膜との間に微小ギャップの空間が形成された圧力センサであって、上部引出し電極膜は、前後端縁に夫々設けた切欠き部によって左右の上部引出し電極膜片に分割され、一方の上部引出し電極膜片だけが可動電極と導通し、下部引出し電極膜は、前後端縁に夫々設けた切欠き部によって左右の下部引出し電極膜片に分割され、一方の下部引出し電極膜片だけが固定電極と導通し、他方の上部引出し電極膜片は、一方の下部引出し電極膜片を介して固定電極と導通し、他方の下部引出し電極膜片は、一方の上部引出し電極膜片を介して可動電極と導通し、上部引出し電極膜と下部引出し電極膜に夫々設けた各切欠き部は互いに合致する位置関係にあることによって各切欠き部を介して前記空間は外部と連通した状態にあり、検出片は、前後端縁に夫々庇状の張出し板部を備え、各張出し板部下面には切欠き部の左右両側に前後方向へ突出するように上部引出し電極膜からなる突起部が設けられ、底板は、検出部材側の張出し板部と対向する位置に開口を備え、該開口は切欠き部と連通した構成を備え、前記底板に設けた開口から充填された接着剤によって前記切欠き部が封止され、前記各下部引出し電極膜片は、２つの突起部の外側位置に延在しており、突起部の外側に位置する下部引出し電極膜片の端部を外部回路との接続用の端子としていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１、２又は３において、少なくとも前記検出片は、水晶から構成されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧力センサの製造方法であって、前記下部引出し電極膜上に上部引出し電極膜を接合することにより基台上に検出部材を固定した後で、前記切欠き部を封止するように熱硬化型接着剤を塗布する熱硬化型接着剤塗布工程と、該熱硬化型接着剤を硬化温度未満に加熱することによって熱硬化型接着剤を溶融させ、且つ膨張した気密空間内の気体が溶融接着剤に一時的に貫通孔を形成して外部に噴出し、その後貫通孔が塞がれる抜気工程と、熱硬化型接着剤をその硬化温度まで加熱することにより熱硬化型接着剤を硬化させる硬化工程と、を備えたことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５において、前記抜気工程を真空雰囲気中にて実施することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項４又は５において、前記抜気工程後、硬化工程前に、気密空間外の気圧を高めることによって、溶融接着剤の一部を切欠き部内に押し込んだ状態とすることを特徴とする。

タッチモード容量型圧力センサにおいて、素子面積を大型化することなく、基台上の固定電極と、その周辺金属パターンとが微小距離を隔てて近接配置されている場合であっても、圧力センサ側端子と外部回路とを接続するための導電性接着剤の一部がこの微小ギャップを埋めて短絡を発生させることを防止することができる圧力センサ、及びその製造方法を提供することを課題とする。
請求項１の発明によれば、基台上の固定電極の外周を包囲するように配置した下部引出し電極膜を２つの切欠き部によって２つの下部引出し電極膜片に分断すると共に、一方の下部引出し電極膜片だけを固定電極と固定し、他の下部引出し電極膜片は検出部材側の可動電極と電気的に接続した。従って、各下部引出し電極膜片と固定電極との近接部において、ウィスカー等による短絡が発生したとしても、支障がない。また、基台側の下部引出し電極膜片間に位置する２つの切欠き部は、検出部材側の上部引出し電極膜片間に位置する２つの切欠き部と対応関係にあり、両切欠き部によって微小ギャップの空間を外部と連通させる切欠き部を構成しているが、この切欠き部は接着剤によって封止されることにより基準圧力室となる。また、前後位置にある各切欠き部の左右両側には前後方向へ突出する突起部が設けられているので、上記接着剤が突起部を越えて流出する虞もない。また、下部引出し電極膜片から延びる接続用端子は、各突起部の外側に位置するので、この端子部分に塗布した導電性接着剤が突起を乗り越えて他の部分に流出することもない。

請求項２の発明では、上部引出し電極膜は、突起部の下面にまで延在しており、該突起部下面の上部引出し電極膜は基台上の下部引出し電極膜の一部と固着されるので、バッチ処理において、圧電センサをシート状に連結した母材をダイシングにより切断する際においても、突起部が折れたり、切断不良が発生することがなくなる。
請求項３の発明では、検出部材の前後端縁側に突起を設ける代わりに張出し板部を延長形成し、更に基台側に切欠き部と連通する凹所を形成した。このため、基台側から接着剤を充填することが可能となり、接着剤が検出片の薄肉部（ダイヤフラム部）に付着する虞が皆無となる。
請求項４の発明は、少なくとも前記検出片を水晶から構成することにより、優れた感度、検出精度、耐久性を確保することができる。
請求項５、６の発明によれば、切欠き部を熱硬化型接着剤によって封止する過程で、空間内を抜気、真空化することが容易となり、生産性を高めることができる。
請求項７の発明によれば、熱硬化型接着剤の一部を切欠き部内に押し込むことによって、そのアンカー効果を高めて封止力、固定力をアップできる。

以下、本発明の圧力センサについて添付図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明の圧力センサを構成する基台の平面図、Ａ−Ａ断面図、及びＢ−Ｂ断面図であり、図１（ｂ）は圧力センサを構成する検出部材の平面図（透視図）、Ｃ−Ｃ断面図、及びＤ−Ｄ断面図である。図２（ａ）乃至（ｄ）は本発明の圧力センサの製造工程説明図である。
このタッチモード容量型圧力センサ（以下、圧力センサ、という）１は、例えば自動車等の車両のタイヤ内の適所に図示しないトランスポンダに組み付けられた状態で固定配置されて使用される。トランスポンダは、アンテナコイルを備え、車両側のアンテナから出力された電磁波によってアンテナコイルに誘起される電流によって圧力センサを作動させ、測定された圧力情報を電磁波として車両側へ出力する。タイヤ内の空気圧は、圧力センサ１の薄肉部（ダイヤフラム）に加わり、真空に設定された気密空間Ｓ内の圧力を越えた圧力が加わった場合に薄肉部１２ａを撓み変形させる。
この圧力センサ１は、セラミック、ガラス、水晶等の絶縁材料から成る底板（絶縁板）３の面上に、Ｃｒ−Ａｕ等の金属膜から成る固定電極４、下部引出し電極膜５等を形成した基台２と、水晶、シリコン等から成る検出片１２の下面にＣｒ−Ａｕ等の金属膜から成る可動電極１３、上部引出し電極膜１４等を形成した検出部材１１と、を備え、基台２上面の下部引出し電極膜５に対して、Ａｕ−Ｓｕ等のろう材１５を用いて、検出部材１１上の上部引出し電極膜１４を接合一体化した構成を備えている。
本発明の一つの特徴は、下部引出し電極膜５と上部引出し電極膜１４の各形状と、検出片１２に設けた突起部の形状等に存する。

まず、基台２は、矩形平板状の底板３の上面中央に所定形状（この例では矩形）の金属膜である固定電極４を備え、固定電極４の外周との間に所定の狭いスペース（例えば、０．１ｍｍ）を介して配置された下部引出し電極膜５と、固定電極４の表面を絶縁被覆する薄膜としての誘電体膜（ＳｉＯ₂）６と、を備えている。
下部引出し電極膜５は、前後方向端部中央に夫々設けた切欠き部７によって、左右の下部引出し電極膜片５ａ、５ｂに分割されている。この例では、左方の下部引出し電極膜片５ａだけがリード部５ａ’を介して固定電極４と導通している。右方の下部引出し電極膜片５ｂは、固定電極４とは導通していない。左右の下部引出し電極膜片５ａ、５ｂは、略左右対称な形状を備えており、下部引出し電極膜片５ａ、５ｂは、夫々２つの切欠き部７を介して対向配置されたコ字状部５ａ−１、５ｂ−１と、各コ字状部５ａ−１、５ｂ−１の前後端縁中央部から夫々前後方向へ引き出されたＬ字状部５ａ−２、５ｂ−２と、を備えている。後述するように、各コ字状部５ａ−１、５ｂ−１と、各Ｌ字状部５ａ−２、５ｂ−２の一部は、検出部材１１側の上部引出し電極膜１４と整合する形状、及び位置関係を有するように構成されている。なお、各Ｌ字状部５ａ−２、５ｂ−２のうち、上部引出し電極膜１４と重ならない部分、即ち各Ｌ字状部５ａ−２、５ｂ−２の先端部分は外部回路（トランスポンダー側の端子）との接続用端子部５ｃを構成している。
なお、固定電極４、下部引出し電極膜５からなる金属膜パターンの構成は、種々変形可能であり、図示した例は一例に過ぎない。

次に、検出部材１１は、誘電体膜６と対向する位置関係にあり、且つ誘電体膜６との間に微小ギャップを隔てて対向配置される薄肉部１２ａ、及び薄肉部１２ａの外周縁に一体化された厚肉環状部１２ｂを有する検出片１２と、薄肉部１２ａ下面の少なくとも一部に形成され且つ固定電極４と対向する位置関係にある可動電極１３と、検出片１２の厚肉環状部１２ｂ下面に形成され且つ可動電極１３と接続される上部引出し電極膜１４と、を備えている。なお、この例では、接合用のろう材１５が上部引出し電極膜１４の下面に沿って積層されているが、ろう材１５は下部引出し電極膜５上に予め形成しておいてもよい。
検出片１２は、その前後方向端縁に夫々２つの突起部１２ｃを備え、各対をなす突起部間には所定の間隔が設けられている。つまり、検出片１２の前端縁と、後端縁には、夫々所定の間隔をおいて配置された２つずつの突起部１２ｃが突設されている。
上部引出し電極膜１４は、前後端縁の中央部に夫々設けた各切欠き部１６によって左右の上部引出し電極膜片１４ａ、１４ｂに分割され、（平面から見て）右側の上部引出し電極膜片１４ｂだけがリード部１４ｂ’を介して可動電極１３と導通し、左側の上部引出し電極片１４ａは可動電極１３と導通していない。
このような構成を有した基台２上に、検出部材１１をろう材１５を介して重ね合わせ、ろう材を加熱溶融させることによって、両者の接合を完了する。この際、誘電体膜６と可動電極１３との間には所定の微小ギャップ（例えば、３μｍ）から成る空間Ｓが保持される。この空間Ｓは後述する接着剤により封止されることによって、基準圧力室となる。
基台２と検出部材１１とを接合した状態において、可動電極１３と非導通である左側の上部引出し電極膜片１４ａは、基台上の左側の下部引出し電極膜片５ａを介して固定電極４と導通する。一方、右側の下部引出し電極膜片５ｂは、検出片下面の右側の上部引出し電極膜片１２ｂを介して可動電極１３と導通する。

下部引出し電極膜５の前後方向各端縁に夫々設けた切欠き部７と、上部引出し電極膜１４の前後方向各端縁に夫々設けた切欠き部１６は、互いに整合する位置関係で、整合する開口寸法となるように設定されており、いずれも一対の突起部１２ｃの中間位置に配置される。従って、基台２と検出部材１１とを接合した状態において、上部引出し電極膜と下部引出し電極膜に夫々設けた各切欠き部７、１６は互いに合致する位置関係にあることによって各切欠き部７、１６を介して空間Ｓは外部と連通した状態となる（図２（ａ）（ｂ））。換言すれば、各引出し電極５、１４、及びろう材１５の肉厚は、接合完了後に必要十分な高さの切欠き部を形成するのに十分な程度の肉厚とする必要がある。
厚肉環状部１２ｂは、切欠き部１６の左右両側方位置に夫々前後方向へ突出する突起部１２ｃを備えているが、上部引出し電極膜１４及びろう材１５は、各突起部１２ｃの下面にまで連続して延在している。従って、ろう材１５による接合時には、各突起部１２ｃの下面は、基台２の上面（Ｌ字状部５ａ−２、５ｂ−２の基部）に対して固着されることとなる。
後述するように、本発明は、２つの突起部１２ｃ間に充填される絶縁接着剤２０によって切欠き部７、１６を封止した構成を有するが、切欠き部を封止することにより、空間Ｓを気密化された基準圧力室とすることができる。また、塗布された絶縁接着剤２０は、両サイドに位置する突起部１２ｃによって外部への流出が防止される。空間Ｓ内の気圧についても、後述する製造工程によって任意の気圧（真空）に設定することができる。
圧力センサ１とトランスポンダ側との電気的接続の確保は、各端子５ｃとトランスポンダ側の端子との間を図示しない導電性接着剤により接続することにより行うが、各端子５ｃに導電性接着剤を塗布する際に、余剰接着剤が端子５ｃ周辺に展開したとしても、各端子５ｃの近傍には同電位の電極膜しか存在しないため、短絡の虞がなくなる。また、突起部１２ｃの存在により、導電性接着剤が他の部位に流出、展開することも防止される。

また、本発明における基台２上の下部引出し電極膜５のパターンは、圧力センサをタイヤ内部に配置した場合に、高気圧雰囲気と外部応力に起因して金属部分に発生することが想定されるウィスカーに対しても十分な配慮がなされている。即ち、気密空間Ｓ内の真空雰囲気中にある金属部分は別として、タイヤ内の高気圧雰囲気と接する金属部分にはマイグレーションによってひげ状の金属（ウィスカー）が形成され、従来はこれを介して近接した金属パターン間を短絡させる不具合が多発する。特に、小型化のためにパターンピッチを小型化すると、ショートが多発していた。しかし、本発明ではマイグレーション対策がなされている。即ち、これを図１（ａ）の下部引出し電極膜５について説明すれば、固定電極４とこれを包囲する金属パターン５ａ、５ｂとの間のスペースは真空中にあり、外気に曝されることがないため、ウィスカーが形成されることによる短絡発生の余地がない。一方、金属パターン５ａ、５ｂの外側部分はタイヤ内の高気圧に曝されるが、金属パターン５ａ、５ｂの外周縁にウィスカーが形成されたとしても短絡を起こす対象となる金属膜が近くに存在しないため、ウィスカーによる不具合が発生する余地がない。
なお、薄肉部１２ａ上の可動電極１３の面上には、誘電体膜が成膜されていないため、封止用のろう材１５の一部が金属パターン（上部引出し電極膜１４）を伝わって可動電極１３に流出する虞がある。このような不具合をなくするためには、引出し電極膜１４、５を屈曲させた配線（例えば、クランク形状）として、直線的なろう材の流出を防止すればよい。
本発明では、検出部材１１の突出部１２ｃをもろう材にて基台側に固着しているので、ダイシングに際して突起部が振動することを防止できる。従って、突起部が振動することに起因してろう材の接合強度が低下したり、折れる等の虞がない。また、突起部をろう材にて固定することによって、熱硬化型接着剤２０が毛細管現象によって接合面の隙間から流出する、という不具合が無くなる。

次に、本発明の圧力センサの測定原理を簡単に説明すると次の通りである。即ち、この実施形態では、基台２上面に設けた何れかの端子５ｃによって、固定電極４及び可動電極１３と、外部回路との間の導通を確保することにより、各端子５ｃから通電し、固定電極・可動電極間の容量値の変化にもとづいて外部の圧力（薄肉部１２ａに加わった外部圧力）を算出することが可能となる。
即ち、コンデンサの容量値Ｃは、
Ｃ＝ε・（Ｓ／ｄ）（ε：誘電体の誘電率、Ｓ：電極の面積、ｄ：電極の間隔）
で表される。
つまり、固定電極・可動電極間の間隔ｄを狭く（広く）設定すると、容量値Ｃが大きく（小さく）なる。一方、対向する２つの電極間の対向面積を大きくすると、容量値Ｃが大きく（小さく）なるという性質を有する。
上記のごとき構成を備えた圧力センサ１を大気中に配置し、気密空間Ｓ内を大気圧と同様の気圧に設定したと仮定する。外部の気圧が気密空間Ｓ内の気圧と同じ場合には、気密空間内の気圧は外気と釣合っているためダイヤフラムとしての薄肉部１２ａは変形しない。一方、外部の気圧が気密空間内気圧よりも高くなった場合には、薄肉部１２ａは変形して誘電体膜６に近接する。この圧力センサにおいては、外部圧力の多寡に応じて、薄肉部１２ａと誘電体膜６との接触面積Ｓが変化する。接触面積Ｓが狭い場合、即ち接触面積がＳ１の時と、広い接触面積Ｓ２の時（Ｓ１＜Ｓ２）の容量値Ｃ１、Ｃ２とを比較すると、
接触面積がＳ１の場合には、Ｃ１＝ε・（Ｓ１／ｄ）となり、
接触面積がＳ２の場合には、Ｃ２＝ε・（Ｓ２／ｄ）となる。
このように外部圧力が、気密空間Ｓの圧力（大気圧）よりも大きくなると、薄肉部１２ａ（ダイヤフラム）が変形し、可動電極１３が誘電体膜６と接触するので、このときの可動電極１３と誘電体膜６との接触面積の変化を容量値として検出して圧力をセンシングすることが可能となる。
但し、気密空間Ｓ内を大気圧に保持した場合には、空間内部の気体が周囲温度の変化によって膨張収縮を起こすため、薄肉部１２ａの初期位置がばらつきを起こす。このため、正確な測定が困難となる。そこで、本発明では、空間Ｓ内を真空とする。この場合には、外気圧によって薄肉部１２ａは常に基台側に変形した状態となり、誘電体膜６と接触した状態を初期状態として維持することとなる。このように空間内を真空とすることにより、基準気圧値が絶対ゼロ気圧であるため、外気温度の変化によってずれが生じる余地が無くなり、感度、精度が安定する。また、薄肉部１２ａが基台側にタッチした状態で圧力測定がスタートするため、直線性に優れた感度の良い測定が可能となる。つまり、初期状態において薄肉部が基台から離間している場合には、外部圧力の変化によって薄肉部が基台側にタッチするまでの検出精度が悪くなる一方で、タッチした状態からスタートするようにすれば、そのような不具合が解消される。
なお、図１等に示した圧力センサ１の基台２としては、セラミック、ガラス、水晶、その他のあらゆる絶縁材料を用いることができる。基台２、及び検出片１２として同じ水晶材料を用いた場合には、検出片１２を構成する水晶材料と熱膨張係数が一致するため、熱歪みによる悪影響を無くする利点がある。

次いで、図２、図３、図４、及び図５に基づいて、本発明の製造方法について説明する。図２は組付け手順を個片単位で説明する斜視図、図３乃至図５はウェハ単位でのバッチ処理による組付け手順を説明する説明図である。
バッチ処理による組立工程においては、まず、図３、図４（ａ）に示す如く複数の基台２を縦横に連結した基台ウェハ２５上に、複数の検出部材１１を縦横に連結した検出部材ウェハ３０を載置する位置合わせ、接合工程が実施される。基台ウェハ２５を構成する各基台個片の位置、個数と、検出部材ウェハ３０を構成する各検出部材の位置、個数は、互いに合致するように予め製造されている。この位置合わせ固定では、図２（ａ）（ｂ）にも示すように各基台個片上の下部引出し電極膜５上に、各検出部材個片の上部引出し電極膜１４（ろう材１５）が整合するように位置決めがなされる。この際、基台２上の各端子５ｃは検出部材１１によって隠蔽されず、露出された状態となる。この状態で、ろう材１５をその融点まで加熱してから、冷却することにより、各電極膜５、１４同志を固着する。なお、対をなす突起部１２ｃ間に位置する間隙７、１６は、開口した状態にある。
次に、図４（ｂ）に示した熱硬化型接着剤塗布工程（空間Ｓの抜気工程）では、下部引出し電極５上に上部引出し電極膜１４を接合することにより基台２上に検出部材１１を固定した際に露出した状態となる切欠き部７、１６を封止するために、熱硬化型接着剤２０を塗布する。そして、図２（ｃ）に示すように、熱硬化型接着剤２０をその硬化温度未満に加熱することによって熱硬化型接着剤を溶融させ、且つ膨張した空間Ｓ内の気体が溶融接着剤２０に貫通孔２０ａを形成しつつ外部に噴出し、抜気が行われる。続いて、（ｄ）に示すように、溶融接着剤２０の収縮力によって貫通孔が自然に塞がれる。つまり、溶融接着剤に一時的に貫通孔２０ａを形成して空間Ｓ内を抜気し、その後貫通孔が溶融接着剤２０の原形復帰力によって塞がれる。次いで、熱硬化型接着剤２０をその硬化温度まで加熱することにより熱硬化型接着剤を硬化させて、空間Ｓを気密空間とすることができる（硬化工程）。
この抜気作業を真空雰囲気中にて実施することにより、気密空間Ｓ内を真空、或いは減圧状態とすることができる。

或いは、接着剤を塗布した後で真空雰囲気中に配置すれば、空間Ｓ内の気体が接着剤に貫通孔を形成し、外部に噴出する。この際、必要に応じて接着剤を硬化温度以下に加熱しても良い。
一つの個片につき、切欠き部が２個所設けられているため、抜気に際して空間Ｓ内の気体が外部に噴出する際に、噴出の勢いを分散することができ、封止用の接着剤２０の飛散を防止できる。
なお、抜気工程（熱硬化型接着剤塗布工程）の後、硬化工程前、即ち接着剤２０が溶融した状態にあり、且つ貫通孔２０ａが既に塞がれた状態にあるときに、気密空間Ｓ外の気圧を所定値高めることによって、溶融接着剤２０の一部を切欠き部７、１６内に押し込んだ状態とすることができる。つまり、気密空間Ｓ内の気圧よりも外部気圧を高めることにより、図２（ｄ）右図（断面図）のように、接着剤２０の一部が切欠き部内に十分な量入り込んだ状態となり、この状態で硬化させることにより、接着剤のアンカー効果による封止力、固定力の向上を図ることが出来る。
なお、図２の例では、切欠き部７、１６を塞ぐに足る程度の量の接着剤２０を滴下した例を示しているのに対して、図４（ｂ）では検出部材ウェハ３０の突起部１２ａ間に形成される開口３１内を満たすようにスクリーン印刷等によって接着剤２０を充填しているが、どちらでも良い。バッチ処理に際して効率的な接着剤の塗布方法としては、図４（ｂ）の方法が好ましい。この場合も、抜気工程の実施時に十分な抜気が可能である。
図５は基台ウェハ上に対する検出部材ウェハの位置決め、接合、接着剤の塗布（充填）、抜気、硬化の各工程を完了した後で、個片に分割する工程を示している。分割は例えば、個片間の境界に沿ったダイシングによって行う。

次に、図６は、本発明の変形実施形態に係る圧力センサの分解斜視図であり、図１、図２に示した実施形態と同一部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。本実施形態の圧力センサでは、検出部材１１を構成する検出片１２の前後端縁に突起部１２ｃに代えて庇状の張出し板部１２ｄを形成する。換言すれば、２つの突起部１２ｃ間の間隙を埋めて連結することによって庇状の張出し板部１２ｄを形成した構成を有している。この張出し板部１２ｄの下面には、上部張出し電極膜１４を前後方向へ突出させた突起部１４ｃが形成されている。突起部１４ｃの下面にもろう材から成る突起部１５ｃが形成されている。
一方、各張出し板部１２ｂが対向する基台２側の前後端縁部には切欠き部７と連通する程度のサイズを有した凹所（開口）３５を形成する。この凹所３５は、図１（ａ）の平面図からも明らかなように、図１の実施形態における基台２の前後端縁のうち、下部引出し電極膜５が形成されていない底板３部分を所定形状（本例では矩形）に切り欠いたものである。
上記以外の他の構成の点では、図１の実施形態とほぼ同様である。また、基台と検出部材との位置合わせ、接合、抜気、硬化工程についても、図２にて説明した手順がそのまま当てはまる。
但し、熱硬化型接着剤２０の塗布に際しては、接着剤の塗布、或いは充填方向が図１、図２の実施形態と逆になる。即ち、基台２上に検出部材１１を接合した際に、検出部材１１の張出し板１２ｄが検出部材側（能動側）からの接着剤塗布、充填を妨げる構造となっている一方で、反対側、即ち非能動側である基台側には切欠き部７、１６と連通した凹所３５が存在するため、凹所３５側から接着剤２０を塗布、充填することが可能となる。凹所３５側、即ち基台側から接着剤を塗布するメリットは、接着剤が誤って検出部材の薄肉部１２ａに付着する虞が激減する点である。仮に塗布ミスが起きて、接着剤が基台の凹所周辺、その他凹所以外の部分に付着したとしても、圧力センサの機能には悪影響がない。
この点を図７、図８（ａ）（ｂ）、図９に基づいて更に説明すれば、本実施形態における基台ウェハ２５と検出部材ウェハ３０は、図７に示すような構成となる。検出部材ウェハ３０の張出し板１２ｄに相当する部分が平坦なスペースとなる一方、このスペースの前後方向には切欠き部１６が位置している。他方、対向配置される基台ウェハ２５側の対応する位置には、２つの凹所３５が連結した開口３５Ａが貫通形成されているため、図８（ａ）のように両者を接合した状態において、開口３５Ａから熱硬化性接着剤２０を適量充填することにより、切欠き部７、１６を塞ぐことが出来る。個片を切り出した状態は、図９に示す通りである。

次に、図１０は他の実施形態に係る圧力センサにおける基台側の金属パターン図、及び検出部材側の金属パターン図である。まず、基台側の金属パターンは、基台中央の固定電極４と左側の下部引出し電極膜片５ａとが導通している一方で、固定電極４と右側の下部引出し電極片５ｂとは電気的に分離している。両電極膜片５ａ、５ｂのコ字状部５ａ−１、５ｂ−１の端部間には切欠き部７が存在する。コ字状部５ａ−１、５ｂ−１の外側には外部回路との接続用端子５ｃが連設されている。この下部引出し電極膜５において、マイグレーションによるウィスカー発生が予想される個所は、タイヤ内の高圧雰囲気に曝される個所、即ちコ字状部５ａ−１、５ｂ−１と端子５ｃを備えた部分との間であるが、これらの部分は同電位であるため、短絡が発生しても全く問題がない。従って、この実施形態の金属パターンによれば、マイグレーションに対する対策が万全となる。
検出部材１１側の金属パターンは基台側に対応している。
図１１は他の実施形態に係る圧力センサにおける基台側の金属パターン図、及び検出部材側の金属パターン図である。基台側の金属パターンが図１０と異なる点は、図１０のようにコ字状部５ａ−１、５ｂ−１と端子５ｃを備えたパターンとが分離していない点のみであり、他の構成、作用、効果は図１０と同様である。

次に、図１２は本発明の変形例に係る引出し電極膜の構成図である。即ち、タイヤの高圧雰囲気に曝される金属パターン、即ち、引出し電極膜５、１４の角部が図示しない例のように尖っている場合には、角部に応力が集中して損耗し易いので、応力緩和のために、図１２に示すように角部を曲線状、或いは多角形状としてもよい。
次に、図１３（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、図１、図２に示した実施形態に係る圧力センサの各金属パターンの変形例を示す図であり、図１、図２と同一部分には同一符号を付して説明する。
図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）の各実施形態が図１、図２の実施形態における金属パターンと異なる点は、各引出し電極膜５、１１における切欠き部７、１６の形状（コ字状部同志の対向する端縁の形状）である。即ち、（ａ）では切欠き部７、１６の内壁の形状が、内側から外側へ向かって幅がテーパー状に漸減するように構成されている。（ｂ）では切欠き部７、１６の内壁形状が凹凸状に構成されている。（ｃ）では切欠き部７、１６の内壁形状が山形のギザギザ状に形成されている。
上記各切欠き部７、１６の内壁形状による特徴的な効果は、切欠き部内に充填されてこれを封止する熱硬化型接着剤のアンカー効果を大幅に高めることにある。
以上説明した本発明の圧力センサは車両のタイヤ内に装備されて空気圧変化を測定する空気圧センサとして説明したが、本発明はタイヤに限らず種々の空気圧（ガス圧）を測定する手段として利用することができる。

（ａ）は本発明の圧力センサを構成する基台の平面図、Ａ−Ａ断面図、及びＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は圧力センサを構成する検出部材の平面図（透視図）、Ｃ−Ｃ断面図、及びＤ−Ｄ断面図。 （ａ）乃至（ｄ）は本発明の圧力センサの製造工程説明図。 ウェハ単位でのバッチ処理による組付け、製造手順を説明する説明図。 （ａ）及び（ｂ）はウェハ単位でのバッチ処理による組付け、製造手順を説明する説明図。 ウェハ単位でのバッチ処理による組付け、製造手順を説明する説明図。 本発明の変形実施形態に係る圧力センサの分解斜視図。 ウェハ単位でのバッチ処理による組付け、製造手順を説明する説明図。 （ａ）及び（ｂ）はウェハ単位でのバッチ処理による組付け、製造手順を説明する説明図。 ウェハ単位でのバッチ処理による組付け、製造手順を説明する説明図。 各引出し電極膜の他の構成例を示す図。 各引出し電極膜の他の構成例を示す図。 引出し電極膜の他の構成例を示す図。 （ａ）（ｂ）及び（ｃ）は夫々切欠き部の変形例を示す図。 （ａ）及び（ｂ）は従来例の説明図。

符号の説明

１ タッチモード容量型圧力センサ、２ 基台、３ 底板（絶縁板）、４ 固定電極、５ 下部引出し電極膜、５ａ、５ｂ 下部引出し電極膜片、５ａ−１、５ｂ−１ コ字状部、５ａ−２、５ｂ−２ Ｌ字状部、５ｃ 接続用端子、６ 誘電体膜、７ 切欠き部、１１ 検出部材、１２ 検出片、１２ａ 薄肉部、１２ｂ 環状厚肉部、１２ｃ 突起部、１２ｄ 張出し板部、１３ 可動電極、１４ 上部引出し電極膜、１４ａ、１４ｂ 上部引出し電極膜片、１５ ろう材、１６ 切欠き部、２０ 熱硬化型接着剤（絶縁接着剤）、２５ 基台ウェハ、３０ 検出部材ウェハ、３５ 凹所、３５Ａ 開口

Claims (7)

1. 絶縁材料から成る底板と、該底板の上面に順次積層された固定電極及び誘電体膜と、固定電極と離間し且つ固定電極外周をほぼ包囲するように底板上面に形成された下部引出し電極膜と、を備えた基台と、
   誘電体膜と対向する位置関係にある薄肉部、及び該薄肉部の外周縁に一体化された厚肉環状部を有した絶縁材料から成る検出片と、該薄肉部下面の少なくとも一部に形成され且つ固定電極と対向する位置関係にある可動電極と、検出片の厚肉環状部下面に形成され且つ可動電極と離間し且つ可動電極外周をほぼ包囲するように構成された上部引出し電極膜と、を有した検出部材と、を備え、
   基台上面に検出部材を接合する際に、基台上面の下部引出し電極膜は、検出部材下面の上部引出し電極膜と整合する位置関係で接合するように構成され、
   可動電極と、固定電極を覆う誘電体膜との間に微小ギャップの空間が形成された圧力センサであって、
   上部引出し電極膜は、前後端縁に夫々設けた切欠き部によって左右の上部引出し電極膜片に分割され、一方の上部引出し電極膜片だけが可動電極と導通し、
   下部引出し電極膜は、前後端縁に夫々設けた切欠き部によって左右の下部引出し電極膜片に分割され、一方の下部引出し電極膜片だけが固定電極と導通し、
   他方の上部引出し電極膜片は、一方の下部引出し電極膜片を介して固定電極と導通し、
   他方の下部引出し電極膜片は、一方の上部引出し電極膜片を介して可動電極と導通し、
   上部引出し電極膜と下部引出し電極膜に夫々設けた各切欠き部は互いに合致する位置関係にあることによって各切欠き部を介して前記空間は外部と連通した状態にあり、
   前記検出片は、前記切欠き部の両側方位置に夫々前後方向へ突出する突起部を２つずつ備え、
   前記２つの突起部間に充填された接着剤によって前記切欠き部が封止され、
   前記各下部引出し電極膜片は、２つの突起部の外側位置に延在しており、突起部の外側に位置する下部引出し電極膜片の端部を外部回路との接続用端子としていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記上部引出し電極膜は、前記突起部の下面にまで延在しており、該突起部下面の上部引出し電極膜は基台上の下部引出し電極膜の一部と固着されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 絶縁材料から成る底板と、該底板の上面に順次積層された固定電極及び誘電体膜と、固定電極と離間し且つ固定電極の外周をほぼ包囲するように底板上面に形成された下部引出し電極膜と、を備えた基台と、
   誘電体膜と対向する位置関係にある薄肉部、及び該薄肉部の外周縁に一体化された厚肉環状部を有した絶縁材料から成る検出片と、該薄肉部下面の少なくとも一部に形成され且つ固定電極と対向する位置関係にある可動電極と、検出片の厚肉環状部下面に形成され且つ可動電極と離間し且つ可動電極の外周をほぼ包囲するように構成された上部引出し電極膜と、を有した検出部材と、を備え、
   基台上面に検出部材を接合する際に、基台上面の下部引出し電極膜は、検出部材下面の上部引出し電極膜と整合する位置関係で接合するように構成され、
   可動電極と、固定電極を覆う誘電体膜との間に微小ギャップの空間が形成された圧力センサであって、
   上部引出し電極膜は、前後端縁に夫々設けた切欠き部によって左右の上部引出し電極膜片に分割され、一方の上部引出し電極膜片だけが可動電極と導通し、
   下部引出し電極膜は、前後端縁に夫々設けた切欠き部によって左右の下部引出し電極膜片に分割され、一方の下部引出し電極膜片だけが固定電極と導通し、
   他方の上部引出し電極膜片は、一方の下部引出し電極膜片を介して固定電極と導通し、
   他方の下部引出し電極膜片は、一方の上部引出し電極膜片を介して可動電極と導通し、
   上部引出し電極膜と下部引出し電極膜に夫々設けた各切欠き部は互いに合致する位置関係にあることによって各切欠き部を介して前記空間は外部と連通した状態にあり、
   検出片は、前後端縁に夫々庇状の張出し板部を備え、各張出し板部下面には切欠き部の左右両側に前後方向へ突出するように上部引出し電極膜からなる突起部が設けられ、
   底板は、検出部材側の張出し板部と対向する位置に開口を備え、該開口は切欠き部と連通した構成を備え、
   前記底板に設けた開口から充填された接着剤によって前記切欠き部が封止され、
   前記各下部引出し電極膜片は、２つの突起部の外側位置に延在しており、突起部の外側に位置する下部引出し電極膜片の端部を外部回路との接続用の端子としていることを特徴とする圧力センサ。
4. 少なくとも前記検出片は、水晶から構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の圧力センサ。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧力センサの製造方法であって、
   前記下部引出し電極膜上に上部引出し電極膜を接合することにより基台上に検出部材を固定した後で、前記切欠き部を封止するように熱硬化型接着剤を塗布する熱硬化型接着剤塗布工程と、
   該熱硬化型接着剤を硬化温度未満に加熱することによって熱硬化型接着剤を溶融させ、且つ膨張した気密空間内の気体が溶融接着剤に一時的に貫通孔を形成して外部に噴出し、その後貫通孔が塞がれる抜気工程と、
   熱硬化型接着剤をその硬化温度まで加熱することにより熱硬化型接着剤を硬化させる硬化工程と、を備えたことを特徴とする圧力センサの製造方法。
6. 前記抜気工程を真空雰囲気中にて実施することを特徴とする請求項５に記載の圧力センサの製造方法。
7. 前記抜気工程後、硬化工程前に、気密空間外の気圧を高めることによって、溶融接着剤の一部を切欠き部内に押し込んだ状態とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の圧力センサの製造方法。
   

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