JP2010008115A - 圧力検出装置用基体および圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部の圧力を感度良く検出することができる圧力検出装置用基体および圧力検出装置を提供することにある。
【解決手段】 内部空間１ａを有する焼結体から成る絶縁基体１と、内部空間１ａの上面および下面のそれぞれに設けられた互いに対向する上側電極３および下側電極４とを備え、上面および前記下面の少なくとも一方に、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域１ｅを有し、内部空間１ａから絶縁基体１の外部に通じた流体の通路５が形成されているとともに、面積が内部空間１ａの上面または下面の面積よりも小さい下側電極４または上側電極３は、その表面が焼結体から成る絶縁層６により被覆されている圧力検出装置用基体。通路が封止材で塞がれて内部空間が気密封止されることで圧力検出装置となる。作製工程による感度ばらつきが抑えられた、感度の高い圧力検出装置が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧力を検出するための静電容量型の圧力検出用基体および圧力検出装置に関するものである。

従来、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ある。この静電容量型の圧力検出装置に用いられる圧力検出装置用基体として、表面に静電容量形成用の第１の電極が形成されたセラミックスから成る絶縁基板と、絶縁基板との間に所定の空間を設けて絶縁基板の表面に可撓な状態で接合され、第１の電極に対向するように被着された静電容量形成用の第２の電極が形成されたセラミックスから成るダイアフラムとを備えているものが知られている。絶縁基板とダイアフラムおよびその間のスペーサとが一体的に形成されて、これらにより絶縁基体に密閉された内部空間が形成されたものとなっている。外部の圧力変動に伴ってダイアフラムが撓むと、第１の電極と第２の電極との間隔が変化してその間の静電容量が変化するので、その静電容量の変化により圧力変動を検知することができるというものである（例えば、特許文献１を参照）。

このような圧力検出装置用基体は、絶縁基板用のセラミックグリーンシートと、枠状のスペーサ用のセラミックグリーンシートと、ダイアフラム用のセラミックグリーンシートとを積層して、内部に密閉空間を有する絶縁基体用のセラミックグリーンシート積層体を形成し、これを焼成することにより焼結一体化して形成される。
特開2006−47327号公報

しかしながら、上述したセラミックグリーンシート積層体を焼成すると、この焼成による焼結一体化と同時に絶縁基体の内部に密閉空間が形成されてしまうことから、焼成後に内部空間の気圧を用途に応じて調整することや、必要に応じて望ましいガスを充填することが不可能であった。

また、内部に密閉空間を有する絶縁基体用のセラミックグリーンシート積層体を焼成すると、密閉空間内のガスが膨張したり、セラミックグリーンシート中の有機バインダが分解して発生したガスが空間内に充満したりして密閉空間内の気圧が高まることで絶縁基体が膨らんでしまい、第１の電極と第２の電極との間隔が大きくなるということがあった。特に、近年は、圧力検出装置用基体の小型化に伴い、第１電極および第２電極の面積が小さくなってきており、第１の電極と第２の電極との間隔が予定したものよりも広くなると、外部の圧力の変動による変化率が低減して外部の圧力を感度良く検出することができなくなる可能性を有していた。

本発明は、上記従来技術の問題点を鑑み案出されたもので、その目的は、外部の圧力を感度良く検出することができる圧力検出装置用基体および圧力検出装置を提供することにある。

本発明の圧力検出装置用基体は、互いに対向する上面および下面がある内部空間を有し、表面に電極用導体層を有する焼結体から成る絶縁基体と、前記内部空間の前記上面および前記下面のそれぞれに設けられた互いに対向する上側電極および下側電極とを備え、前記上面および前記下面の少なくとも一方に、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域を有する圧力検出装置用基体であって、前記内部空間から前記絶縁基体の外部に通じた流体の通路が形成されているとともに、前記上側電極および前記下側電極の少なくとも一方は、面積が前記内部空間のそれが設けられた前記上面または下面の面積よりも小さく、かつ表面が焼結体から成る絶縁層により被覆されていることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置は、上記構成の本発明の圧力検出装置用基体の前記通路が封止材で塞がれて前記内部空間が気密封止されていることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置は、上記構成において、前記絶縁基体の前記電極用導体層上に電子部品が実装されていることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置用基体によれば、焼結体からなる絶縁基体の内部空間から絶縁基体の外部に通じた流体の通路が形成されていることから、必要に応じて絶縁基体の内部空間内の状態を変更することができる。例えば、内部空間を真空にしたり、内部空間内に、温度による比誘電率や圧力の変化が小さい、あるいは安定した気体を充填したりすることができ、気体の比誘電率の温度変化率を把握しておいて圧力値を補正することもできるので、より高精度な圧力検出装置を得ることができる圧力検出装置用基体となる。また、圧力検出装置が極端な高圧環境下においての使用が予定される場合は、内部空間を大気圧よりも十分高くしておくことにより、内部空間内の圧力と外部の圧力との差を小さくできるので、圧力検出装置が小型で絶縁基体の可撓領域（ダイアフラム）が薄いものであっても、外部の高い圧力によりダイアフラムが撓みすぎて割れることがなくなり、より高圧の検出が可能な圧力検出装置用基体となる。

また、本発明の圧力検出装置用基体を作製する際に、絶縁基体用のセラミックグリーンシート積層体を焼成することにより内部空間内のガスが膨張したり、セラミックグリーンシート中の有機バインダが分解してガスが発生したりしたとしても、内部空間内のガスは流体の通路を通って絶縁基体の外部に出て行くことができるので、内部空間内の気圧が高まることがなく、絶縁基体が変形して上側電極と下側電極との間隔が予定したものよりも広くなってしまうことが抑制される。

また、上側電極と下側電極との少なくとも一方の電極の面積が、内部空間のそれが設けられた上面または下面の面積よりも小さいことから、電極間距離の変化率の大きい内部空間の中央部だけで上側電極と下側電極とを対向させることができるので、外部の圧力が加わることによる上側電極と下側電極とで形成される静電容量の変化率が大きくなり、圧力検出装置の感度を高めることができる。

そして、面積が内部空間の上面または下面の面積よりも小さい下側電極または上側電極は、表面が焼結体からなる絶縁層により被覆されていることから、下側電極または上側電極は内部空間内に露出していないので、絶縁基体をめっき液に浸漬して絶縁基体の表面の電極用導体層にめっき層を被着する際に、流体の通路から内部空間内にめっき液が浸入して、面積が内部空間の上面または下面の面積よりも小さい下側電極または上側電極と、そこから周囲の絶縁基体の表面にまで拡がっためっき層が被着形成されることがなく、下側電極または上側電極の実質的な面積が大きくなってしまうことがない。従って、上側電極と下側電極とが対向する電極面積には変化がなく、上側電極と下側電極とで形成される静電容量が予定していた静電容量から大きく外れることが抑制され、感度が低下することが抑制された圧力検出装置用基体とすることができる。

本発明の圧力検出装置によれば、上記構成の圧力検出装置用基体の通路が封止材で塞がれて内部空間が気密封止されていることから、内部空間が密閉されて内部空間内と外部との圧力差により可撓領域が撓み、内部空間内の対向する上側電極と下側電極との間の静電容量が変化することで外部の圧力を感度良く検出することができる圧力検出装置とすることができる。

本発明の圧力検出装置によれば、上記構成において、絶縁基体の電極用導体層上に電子部品が実装されていることから、実装された電子部品により演算処理をすることで静電容量の変化を外部の圧力値の変化に換算して外部の圧力を精度良く検出することができるとともに、電子部品が一体となった小型の圧力検出装置となる。

本発明の圧力検出装置用基体および圧力検出装置について、添付の図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の一例を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図２（ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図３（ａ）は本発明の圧力検出装置の実施の形態の一例を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図４は、本発明の圧力検出装置の実施の形態の他の一例を示す断面図である。これらの図において、１は絶縁基体、１ａは内部空間、１ｂは絶縁基板、１ｃはスペーサ、１ｄはダイアフラム、１ｅは可撓領域、１ｆは内部配線、１ｇは枠体、２は電極用導体層、３は上側電極、４は下側電極、５は通路、５ａは段差部、５ｂは凹み部、６は絶縁層、７は封止材、８は電子部品、９は導電性接合材、10は封止樹脂である。

本発明の圧力検出装置用基体は、互いに対向する上面および下面がある内部空間１ａを有し、表面に電極用導体層２を有する焼結体から成る絶縁基体１と、内部空間１ａの上面および下面のそれぞれに設けられた互いに対向する上側電極３および下側電極４とを備え、上面および前記下面の少なくとも一方に、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域１ｅを有する圧力検出装置用基体であって、内部空間１ａから絶縁基体１の外部に通じた流体の通路５が形成されているとともに、上側電極３および下側電極４の少なくとも一方は、面積が内部空間１ａのそれが設けられた上面または下面の面積よりも小さく、かつ表面が焼結体から成る絶縁層６により被覆されている。

絶縁基体１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，ガラスセラミックス等の電気絶縁性の焼結体から成り、例えば、図１に示す例のように、絶縁基板１ｂとスペーサ１ｃとダイアフラム１ｄとから構成され、これらが順に積層されることにより内部空間１ａが形成されている。

絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、次のようにして製作される。まず、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，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、これをドクターブレード法によりシート状に成形して複数枚のセラミックグリーンシートを得る。これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工，切断加工を施すことにより、絶縁基体１用（絶縁基板１ｂ用、スペーサ１ｃ用、およびダイアフラム１ｄ用）のセラミックグリーンシートを得る。このとき、スペーサ１ｃ用のセラミックグリーンシートには、金型やパンチングによる打ち抜き方法またはレーザ加工等の孔加工方法により、内部空間１ａとなる貫通孔を形成しておく。これらのセラミックグリーンシートを積層することにより、内部空間１ａを有する絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成する。そして、このセラミックグリーンシート積層体を約1600℃の温度で焼成することにより、内部空間１ａを有する絶縁基体１が製作される。

通路５は、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに、金型やパンチングによる打ち抜き方法またはレーザ加工等の孔加工方法により通路５用の貫通孔を形成しておき、内部空間１ａ用の貫通孔と通路５用の各貫通孔とが連通するようにして、内部空間１ａから外部に通じた通路５を有するセラミックグリーンシート積層体を形成しておくことにより形成することができる。

また、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成した後に、レーザ加工等の加工方法により通路５を形成しても構わない。なお、通路５を形成する際に、セラミックグリーンシートの加工屑が内部空間１ａに内在してしまう可能性を低減したり、通路５を必要に応じた形状に形成しやすいという点を考慮すると、上述の通路５用の貫通孔を各セラミックグリーンシートの所望の領域に予め形成した後、これらのセラミックグリーンシートを積層して通路５を有するセラミックグリーンシート積層体を形成するという方法が好ましい。

このようにすることで、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体を焼成する際に内部空間１ａ内のガスが膨張したり、セラミックグリーンシート中の有機バインダが分解して発生したりしたとしても、流体の通路５を介して内部空間１ａ内のガスを絶縁基体１の外部に放出することができるので、内部空間１ａ内の気圧が高まることがなく、絶縁基体１が変形して上側電極３と下側電極４との間隔が予定したものよりも広くなってしまうことが抑制される。

また、絶縁基体１を製作するにあたって、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体の内部空間１ａに、焼成終了時までには焼失する焼失部材を充填しても構わない。内部空間１ａ内に焼失部材が充填されていると、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体は、この焼失部材により保持されるので、取扱い等により、例えば、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体が変形し、内部空間１ａの形状が所定の形状から大きく異なってしまうことを抑制することができる。また、複数の絶縁基体１用のセラミックグリーンシートを圧力を印加して積層した際に、例えば、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体のダイアフラム１ｄが変形することを抑制することができる。また、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成した後、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体は、内部空間１ａに充填された焼失部材により保持されるので、例えば、ダイアフラム１ｄが自重により伸張して変形することを抑制することができる。なお、焼失部材は、焼成する際には熱分解してガスになるが、このガスは通路５から良好に排出されるので、熱分解した際に発生するガスにより絶縁基体１が変形することは抑制される。また、焼失部材は、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体の内部空間１ａ以外の空間、すなわち通路５にも充填しておいても構わない。

このような焼失部材としては、焼成時に熱分解する樹脂シートや樹脂ペーストを用いることができる。スペーサ１ｃ用のセラミックグリーンシートの上に樹脂シートを重ねた状態で金型により打ち抜き、スペーサ１ｃ用のセラミックグリーンシートに内部空間１ａとなる貫通孔を形成するとともに、この貫通孔内に樹脂シートを埋め込んでおくことにより、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体の内部空間１ａに樹脂シートが充填される。あるいは、絶縁基板１ｂ用のセラミックグリーンシートとスペーサ１ｃ用のセラミックグリーンシートとを積層して内部空間１ａとなる凹部を形成し、この凹部内にスクリーン印刷法等により樹脂ペーストを印刷充填した後、ダイアフラム１ｄ用のセラミックグリーンシートを積層することにより、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体の内部空間１ａ内に樹脂ペーストを充填しても構わない。

絶縁基体１は、図３および図４に示す例のように、例えば、電子部品８を収容する凹部が形成されていても構わない。この場合、絶縁基体１は、電子部品８を収容する容器としても機能する。

また、絶縁基体１は、図３に示す例のように、ダイアフラム１ｄの外周部の上に枠体１ｇを備えていても構わない。枠体１ｇは、ダイアフラム１ｄの上面の可撓領域１ｅより外周の領域に積層された、スペーサ１ｃと同様の形状のものである。これにより、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成する際に、ダイアフラム１ｄ用のセラミックグリーンシートはスペーサ１ｃ用のセラミックグリーンシートと枠体１ｇ用のセラミックグリーンシートとにより上下方向から挟まれて形成されるので、焼成時の反りを抑制することができる。また、可撓領域１ｅより突出した枠体１ｇにより可撓領域１ｅに外部のものが当たることが抑えられ、焼成前の絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体、焼成後の圧力検出装置用基体および圧力検出装置の、厚みの薄い可撓領域１ｅが損傷してしまう可能性を低減することができる。

絶縁基体１の表面の電極用導体層２は、この上側電極３と下側電極４との間の静電容量の変化を外部電気回路基板へ伝えるためのものであり、電極用導体層２と上側電極３および下側電極４それぞれとの間は、絶縁基体１の内部に形成された内部配線１ｆにより接続されている。また、図３および図４に示す例のように、圧力検出装置に電子部品８を実装する場合は、電子部品８の端子が接続される電極として機能する電極用導体層２も設けられる。このような電極用導体層２は、可撓領域１ｅ以外の絶縁基体１の表面に設けられる。図１や図２に示す例のように絶縁基体１の下面に設けてもよいし、側面に設けてもよい。あるいは、図３に示す例のように、側面の凹部の内面に設けて、いわゆるキャスタレーション導体としてもよい。

絶縁基体１の内部空間１ａの下面（絶縁基板１ｂの上面）には下側電極４が被着され、絶縁基体１の内部空間１ａの上面（ダイアフラム１ｄの下面）には、下側電極４と対向するようにして上側電極３が被着されている。下側電極４および上側電極３は静電容量形成用の電極であり、これらの間には、下側電極４や上側電極３の面積および下側電極４と上側電極３との間隔に応じて所定の静電容量が形成される。絶縁基体１に外部の圧力が印加されると、その圧力に応じてダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが絶縁基板１ｂ側に撓んで下側電極４と上側電極３との間隔が変わり、それにより下側電極４と上側電極３との間の静電容量が変化するので、外部の圧力の変化を静電容量の変化として感知する圧力検出装置として機能する。この静電容量の変化を電極用導体層２を介して外部電気回路基板に伝達させて、外部電気回路基板に搭載した電子部品で演算処理することによって外部の圧力の大きさを知ることができる。

電極用導体層２，上側電極３，下側電極４，内部配線１ｆは、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成り、例えば、絶縁基体１が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、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，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り絶縁基体１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用のセラミックグリーンシート積層体とともに焼成することによって絶縁基体１の内部および表面に所定のパターンに形成される。絶縁基体１内を上下方向に延びる内部配線１ｆは、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成しておき、この貫通孔にメタライズペーストを充填しておくことにより形成する。なお、電極用導体層２の露出表面には、電極用導体層２が酸化腐食することを防止するとともに、電極用導体層２とはんだ等の導電性接合材９との接合を良好なものとするために、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着されていることが好ましい。

スペーサ１ｃは、上面に下側電極４を備える絶縁基板１ｂと下面に上側電極３を備えるダイアフラム１ｄとの間に、所定の間隔を設けるものとして機能し、内部空間１ａを形成する貫通孔を有する板状（枠状）に形成されている。なお、スペーサ１ｃは、その厚みが0.01ｍｍ未満では、下側電極４と上側電極３との間隔が小さいものとなるので、可撓領域１ｅの可撓範囲が小さくなり、広範囲の圧力範囲にわたって圧力を検出することができなくなる。また、他方、５ｍｍを越えると、可撓領域１ｅの撓み量に対して下側電極４と上側電極３との間隔が大きいものとなるので、電極間距離の変化率が小さくなり静電容量の変化率が小さくなって感度が低いものとなってしまう。従って、スペーサ１ｃの厚みは0.01ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。

ダイアフラム１ｄは、外部の圧力に応じて絶縁基板１ｂ側に撓んで圧力検出用のダイアフラムとして機能する。図１に示す例では、ダイアフラム１ｄの内部空間１ａの上面にあたる部分、すなわちスペーサ１ｃの貫通孔と重なる領域が可撓領域１ｅとなり、この可撓領域１ｅが、外部から圧力が加わることにより撓むこととなる。なお、ダイアフラム１ｄは、厚みが0.01ｍｍ未満では、その機械的強度が小さいものとなり、また上述したセラミックグリーンシートを用いた作製が困難となる。他方、５ｍｍを超えると、小さな圧力では撓みにくくなり、圧力検出装置用のダイアフラムとしては不適となってしまう。したがって、ダイアフラム１ｄの厚みは0.01〜５ｍｍの範囲が好ましい。

なお、内部空間１ａは、平面視で円形状の円筒形であることが好ましい。内部空間１ａが円形状、すなわちスペーサ１ｃの貫通孔およびダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが円形状であることにより、外部の圧力が加わった際に、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅを均等に撓ませることができ、厚みの薄いダイアフラム１ｄの一部が大きく変形しないので、そこから壊れることがないとともに、外部の圧力を感度良く検出することができる。

また、上側電極３および下側電極４は、平面視で円形状であることが好ましい。ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅを均等に撓ませることができる。

また、上側電極３および下側電極４の少なくとも一方は、面積が内部空間１ａのそれが設けられた上面または下面の面積よりも小さい。外部の圧力の変動による上側電極３と下側電極４との電極間距離は、内部空間１ａの中央側においては変化率が大きく、内部空間１ａの外周側においては変化率が小さい。従って、上側電極３および下側電極４の少なくとも一方の電極の面積が、内部空間１ａのそれが設けられた上面または下面の面積よりも小さいと、電極間距離の変化率の大きい内部空間１ａの中央部だけで上側電極３と下側電極４とを対向させることができるので、外部の圧力が加わることによる上側電極３と下側電極４とで形成される静電容量の変化率が大きくなり、圧力検出装置の感度を高めることができる。

上側電極３と下側電極４との両方とも内部空間１ａの上面または下面の面積より小さいときは、上記の効果は得られるが、作製する際の位置ずれにより上側電極３と下側電極４とが対向する面積にばらつきが生じて静電容量にばらつきが生じる場合があるので、ばらつきがあっても上側電極３と下側電極４とが対向する面積が変わらないように、一方を他方より大きいものとするのが好ましい。上側電極３および下側電極４の一方の面積だけが、内部空間１ａの上面または下面の面積よりも小さいとこのようなばらつきが発生しないので好ましい。さらにこの場合には、ダイアフラム１ｄ側の電極、図１に示す例における上側電極３の面積を、図１に示す例のように内部空間１ａの上面の面積以上としておくと、外部の圧力が加わった際にダイアフラム１ｄを良好に撓ませることができるので好ましい。これは、例えば、内部空間の上面（ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅ）より面積の小さい上側電極３が形成されていると、可撓領域１ｅ内において上側電極３が形成された領域とそうでない領域との間でたわみに差が生じるからであり、また、この差が大きいと境界で割れてしまう場合があるからである。

また、面積が内部空間１ａの上面または下面の面積よりも小さい上側電極３または下側電極４は、その表面が焼結体からなる絶縁層６により被覆されている。例えば、図１に示す例では、内部空間１ａの下面の面積よりも小さい下側電極４の全面が絶縁層６により覆われている。

絶縁基体１の表面導体層８にめっき層を被着するために絶縁基体１をめっき液に浸漬すると、通路５から内部空間１ａ内にめっき液が浸入し、内部空間１ａ内の上側電極３や下側電極４だけでなく、面積の小さい電極（例えば、図１に示す例の下側電極４）の周囲の絶縁基体１の表面にまでめっき層が被着してしまうことがある。この面積の小さい電極（下側電極４）の周囲に被着されためっき層と面積の小さい電極（下側電極４）とが電気的に接続されてしまうと、この電極（下側電極４）の実質的な面積が予定していた面積よりも大きくなってしまうため、対向する電極間に形成される静電容量が予定していた静電容量よりも大きくなってしまい、圧力検出装置の外部の圧力を検出する感度が低下することがある。上記のようにすることで、内部空間１ａの上面または下面の面積よりも小さい電極（下側電極４）は、絶縁層６により内部空間１ａの内面（内部空間１ａ内の絶縁基体１の表面）とは電気的に絶縁されているので、内部空間１ａ内の絶縁基体１の表面にめっき層が形成されてしまったとしても、このめっき層と内部空間１ａの上面または下面の面積よりも小さい電極（下側電極４）とが電気的に接続されることはない。従って、上側電極３と下側電極４とが対向する面積には変化がなく、上側電極３と下側電極４とで形成される静電容量が、予定していた静電容量から大きく外れることを抑制することができる。その結果として、本発明の圧力検出装置用基体は、外部の圧力を精度良く検出することができる圧力検出装置用基体となる。
絶縁層６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，ガラスセラミックス等の電気絶縁性の焼結体から成る。絶縁基体１と同じものを用いると同時焼成で形成することができる。

絶縁層６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，ガラスセラミックス等の電気絶縁性の焼結体から成る。絶縁基体１と同じものを用いると同時焼成で形成することができる。

絶縁層６は、図１および図２に示す例のように、下側電極４の面積が内部空間１ａの下面の面積よりも小さい場合であれば、絶縁層６は、下側電極４の表面を被覆するように形成される。下側電極４の表面を被覆していればよいので、図１に示す例のように、下側電極４の表面のみを被覆していてもよいし、図２に示す例のように、下側電極４とその周囲の内部空間１ａの下面全面を被覆していてもよい。

絶縁層６が、図１に示す例のように、下側電極４のみを被覆するように形成する場合は、内部空間１ａの下面となる絶縁基板１ｂ用のセラミックグリーンシート上に印刷された下側電極４用のメタライズペーストの上に、スクリーン印刷法等の印刷手段により、絶縁層６用のセラミックペーストを印刷塗布し、そのセラミックペーストを絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体と同時焼成することによって形成することができる。セラミックペーストを塗布する面積を大きくして内部空間１ａの下面全面を覆うようにしてもよい。絶縁層６用のセラミックペーストは、主成分のセラミック粉末に有機バインダ、有機溶剤、必要に応じて分散剤等を加えてボールミル、三本ロールミル、プラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練して製作される。

また、図２に示す例のように、絶縁層６が下側電極４とその周囲の内部空間１ａの下面全面を被覆している場合は、下側電極４を絶縁基体１の内部に埋設させて、下側電極４を覆う絶縁基体１の一部を絶縁層６とすることができる。このような絶縁層６は、下側電極４用のメタライズペーストが印刷されたセラミックグリーンシート上に、絶縁層６となる絶縁基体１用のセラミックグリーンシートを積層しておくことにより形成することができる。なお、この場合、絶縁層６は、セラミックグリーンシートから形成するので、セラミックペーストを印刷して形成する場合と比較して、絶縁層６の厚みや精度のばらつきを低減できるので、精度に優れた圧力検出装置用基体とすることができる。

また、絶縁層６は、面積の小さい電極の表面からの厚みおよび面積の小さい電極（例えば、図１に示す例の下側電極４）の外周縁からの幅（図１に示すＷ）を15μｍ以上としておくことが好ましい。厚みおよび幅Ｗを15μｍ以上としておくことにより、絶縁層６内にボイド等の欠陥が発生しても、面積の小さい電極（下側電極４）と内部空間１ａの内面との電気的な絶縁を保つことができる。

また、絶縁基体１には、内部空間１ａから絶縁基体１の外部に通じた流体の通路５が形成されている。本発明の圧力検出装置用基体は、図３に示す例のように、通路５を封止材７により封止する（図３においては、通路５を開口部にて封止している。）ことにより、内部空間１ａを密閉して、圧力検出装置とする。通路５が形成されていると、この封止をする前に必要に応じて絶縁基体の内部空間内の状態を変更することができる。例えば、内部空間１ａを真空にしたり、内部空間１ａ内に、温度による比誘電率や圧力の変化が小さい、あるいは安定した気体を充填したりすることができ、気体の比誘電率の温度変化率を把握しておいて圧力値を補正することもできるので、より高精度な圧力検出装置を得ることができる圧力検出装置用基体となる。また、圧力検出装置が極端な高圧環境下においての使用が予定される場合は、内部空間を大気圧よりも十分高くしておくことにより、内部空間内の圧力と外部の圧力との差を小さくできるので、圧力検出装置が小型で絶縁基体１のダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが薄いものであっても、外部の高い圧力によりダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが撓みすぎて割れることがなくなり、より高圧の検出が可能な圧力検出装置となる。あるいは、気体よりも圧力により体積が変化し難い液体を充填すると、より高圧の検出が可能な圧力検出装置とすることができる。

可撓領域１ｅに通路５を形成すると、可撓領域１ｅの撓みにばらつきが生じるので、通路５は、可撓領域１ｅ以外の領域に設けられていることが好ましい。このようにすることで、静電容量のばらつきがより抑えられ、外部の圧力を感度良く検出することができる。

また、通路５は、図１および図２に示す例のように、内部空間１ａと絶縁基体１の外表面との間で屈曲しているのが好ましい。これにより、通路５に封止材７を封入する際に、封止材７を屈曲部に止めて、封止材７が内部空間１ａまで侵入して上側電極３や下側電極４を被覆してしまうことを抑制することができる。従って、上側電極３や下側電極４が被覆されてその間の静電容量がばらつくことを抑制することができ、外部の圧力を精度良く検出することができるようになる。屈曲部の屈曲角度が鋭角であったり、屈曲部の数が多かったりするとめっき液や封止材７の浸入を防ぎやすいが、焼成工程でのガスの排出性が悪くなるので、屈曲部の角度は直角程度以上で、屈曲部の数は２つ程度までであるのが好ましい。

通路５を屈曲させて内部空間１ａの側面から絶縁基体１の上面に至るようにする場合は、内部空間１ａと絶縁基体１の側面との間の幅が広い領域に形成することがより好ましい。例えば、図２（ａ）に示す例のように、絶縁基体１が四角形状で、可撓領域１ｅが円形状である場合は、絶縁基体１の平面視の角部領域に通路５を設けることが好ましい。これにより、通路５を設けることで絶縁基体１の機械的強度が低下することを抑制できる。

また、通路５には、図３に示す例のように、通路５の開口部の大きさ（径）を絶縁基体１の内部の通路５の横断面の大きさ（径）よりも大きくすることで段差部５ａを設けても構わない。これにより、封止材７で通路５を封止する際に、封止材７をこの段差部５ａ内に配置できるので、封止材７の絶縁基体１の主面からの突出を抑えることができ、圧力検出装置用基体の厚みを小さくすることができる。また、封止材７が段差部５ａに留まりやすくなるので、封止材７がダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅにまで流出してしまい、ダイアフラム１ｄの撓みに歪みが発生してしまうことを抑制することができる。

また、通路５の開口部から内部空間１ａの間、例えば図３に示す例のように、通路の屈曲部の開口部から見た奥側に凹み部５ｂを設けておいても構わない。これにより、封止材７で通路５の開口部を塞いで気密封止する際に、封止材７の一部が通路５の奥まで流入しても、封止材７は通路の途中の凹み部５ｂに入るので、内部空間１ａにまで封止材７が侵入することを抑制することができる。

封止材７としてＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を用いる場合には、通路５の開口部の周囲の絶縁基体１の表面や通路５の内面の開口部側の端部に金属層（図示せず）を設けておき、この金属層にろう材を接合させることにより通路５を封止することができる。例えば、開口部７の開口に沿って絶縁基体１の表面に金属層を形成しておき、この金属層上にて一定量以上のろう材を溶融させて通路５を開口にて封止するようにすれば良い。また、上述した通路５の段差部５ａの上や凹み部５ｂの底面にも金属層を形成しておくと、封止材７が金属層に被着するので段差部５ａや凹み部５ｂ内に留めやすくなる。このような金属層は、上述の電極用導体層２，上側電極３，下側電極４と同様に、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズ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等によりセラミックグリーンシートの所定の位置に印刷塗布しておき、これを絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体とともに焼成することによって通路５の周囲の絶縁基体１の表面に所定のパターンに形成される。なお、接合用の金属層がタングステンやモリブデンからなる場合、接合用の金属層の露出表面には、Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材との接合を良好にするために、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層が被着されていることが好ましい。

本発明の圧力検出装置は、図３に示す例のように、上記構成の本発明の圧力検出装置用基体の通路５が封止材７で塞がれて内部空間１ａが気密封止されていることを特徴とするものである。このような構成としたことから、内部空間１ａが密閉されて内部空間１ａ内と外部との圧力差により可撓領域１ｅが撓み、内部空間１ａ内の対向する上側電極３と下側電極４との間の静電容量が変化することで外部の圧力を感度良く検出することができる圧力検出装置とすることができる。

本発明の圧力検出装置は、上記構成において、図４に示す例のように、絶縁基体１の電極用導体層２上に電子部品８が実装されていることを特徴とするものである。このような圧力検出装置は、下側電極４と上側電極３との間に形成される静電容量の変化を電子部品８に内部配線１ｆを介して伝達し、これを電子部品８で演算処理することによって外部の圧力値の変化を知ることができる。下側電極４および上側電極３と電子部品８との間の配線長を短くすることができるので、外部の圧力を精度良く検出することができるものとなる。また、電子部品８が内蔵された圧力検出装置とすることで、このような圧力検出装置および外部回路基板等を含めた圧力センサモジュールを小型化することができる。

封止材７は、ガラス、樹脂、ろう材等を用いることができる。封止材７により通路５を封止することにより、内部空間１ａが密閉されたものとなり、外部の圧力を感度良く検出することができる圧力検出装置とすることができる。なお、内部空間１ａの気密性を高いものとするためには、ろう材等の金属製の封止材７を用いることが好ましい。

封止材７としてＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を用いる場合であれば、通路５の開口部に形成された金属層上に板状やペレット状のろう材を載置して加熱することによって封止することができる。ろう材のペーストを塗布してもよいが、その場合はろう材ペーストが通路５から内部空間１ａ内に流入しないように粘度の高いものを用いるのが好ましい。ろう材から成る封止材７が酸化腐食することを抑制するために、封止材７の露出する表面に電極用導体層２の表面と同様のめっき層が被着されていることが好ましい。めっき層の代わりに樹脂層を形成してもよい。

電子部品８は、図４に示す例では、上述した演算処理を行なうための半導体素子であるが、これ以外に、チップコンデンサやチップ抵抗等の受動素子や、加速度センサ等の電子部品８を搭載しても構わない。

図４に示す例では、フリップチップ型の電子部品８が凹部内の電極用導体層２上に導電性接合材９を介して接合されている。これにより電子部品８の各電極と各電極用導体層２とが電気的に接続されるとともに電子部品８が絶縁基体１に固定される。この場合の導電性接合材としては、はんだバンプや金バンプ、または導電性樹脂（異方性導電樹脂等）がある。また、電子部品８がワイヤボンディング型のものである場合には、ガラス、樹脂、ろう材等の接合材により固定した後、ボンディングワイヤを介して電子部品８の電極と電極用導体層２とを電気的に接続することにより行なわれる。

また、図４に示す例では、電子部品８は、凹部１ａ内において例えばエポキシ樹脂等の封止樹脂10により覆われることにより封止されている。実装された電子部品８を覆うように、図３に示す例のような絶縁基体１の場合であれば凹部を塞ぐように、金属やセラミックスから成る蓋体を絶縁基体１に接合することにより封止してもよい。なお、絶縁基体１は平板状であっても構わない。絶縁基体１の凹部内に電子部品８を実装する方が電子部品８の保護が容易であるので好ましい。

上記のような本発明の圧力検出用基体を用いた圧力検出装置は、80ｋＰａ（低圧用圧力検出装置）〜2000ｋＰａ（高圧用圧力検出装置）の圧力のもとで使用することが可能である。

なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述において、外部の圧力が加わることにより撓むダイアフラム１ｄは内部空間１ａの上面のみに設けられているが、図５に示す例のように、内部空間１ａの下面に外部の圧力が加わることにより撓む可撓領域１ｅを有するものであっても、あるいは、図６に示す例のように、内部空間１ａの上面および下面の両方に可撓領域１ｅを有するものであっても構わない。図５（ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す断面図であり、図５（ｂ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す下面図である。図６（ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。いずれの場合も、下面の可撓領域１ｅに圧力が加わるように、下面の可撓領域１ｅの下に圧力を測定する気体等が流入するような空間を設けるために、ダイアフラム１ｄの下に気体等の流入路が形成された枠体１ｇを設ける。図５に示す例では、枠体１ｇの下面に（図５（ｂ）の枠体１ｇの上下）切り欠きを設けて流入路を形成している。図６に示す例では、上下に枠体１ｇを設けており、同様に枠体１ｇに切り欠きを設けて流入路を形成している。またこの例では、電極用導体層２を絶縁基体１の上下面に設けており、上下面どちらを外部電気回路基板側にしても接続できるようにしているので、上下の枠体に流入路を形成している。また、この例では、上側電極３および下側電極４の両方が、その面積が内部空間１ａの上面および下面の面積よりも小さく、かつ表面が焼結体から成る絶縁層６により被覆されている。内部空間１ａ内の内部配線１ｆも同様に絶縁層６により被覆されている。また、上側電極３に電気的に接続される内部配線１ｆと、下側電極４に電気的に接続される内部配線１ｆとは、これらが対向して静電容量を形成しないように、平面視で重ならないように配置している。

（ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の一例を示す上面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は本発明の圧力検出装置の実施の形態の一例を示す上面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の圧力検出装置の実施の形態の他の一例を示す断面図である。 （ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す断面図であり、（ｂ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す下面図である。 （ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
１ａ・・・内部空間
１ｂ・・・絶縁基板
１ｃ・・・スペーサ
１ｄ・・・ダイアフラム
１ｅ・・・可撓領域
１ｆ・・・内部配線
１ｇ・・・枠体
２・・・電極用導体層
３・・・上側電極
４・・・下側電極
５・・・通路
５ａ・・・段差部
５ｂ・・・凹み部
６・・・絶縁層
７・・・封止材
８・・・電子部品
９・・・導電性接合材
１０・・封止樹脂

Claims (3)

1. 互いに対向する上面および下面がある内部空間を有し、表面に電極用導体層を有する焼結体から成る絶縁基体と、前記内部空間の前記上面および前記下面のそれぞれに設けられた互いに対向する上側電極および下側電極とを備え、前記上面および前記下面の少なくとも一方に、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域を有する圧力検出装置用基体であって、前記内部空間から前記絶縁基体の外部に通じた流体の通路が形成されているとともに、前記上側電極および前記下側電極の少なくとも一方は、面積が前記内部空間のそれが設けられた前記上面または下面の面積よりも小さく、かつ表面が焼結体から成る絶縁層により被覆されていることを特徴とする圧力検出装置用基体。
2. 請求項１に記載の圧力検出装置用基体の前記通路が封止材で塞がれて前記内部空間が気密封止されていることを特徴とする圧力検出装置。
3. 前記絶縁基体の前記電極用導体層上に電子部品が実装されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出装置。

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