JP2815279B2 - pressure sensor - Google Patents

pressure sensor

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JP2815279B2
JP2815279B2 JP5072531A JP7253193A JP2815279B2 JP 2815279 B2 JP2815279 B2 JP 2815279B2 JP 5072531 A JP5072531 A JP 5072531A JP 7253193 A JP7253193 A JP 7253193A JP 2815279 B2 JP2815279 B2 JP 2815279B2
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重光 小川
藤登 田中
宗典 土屋
大司 上原
健二 長沢
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、測定流体の圧力を検出
する圧力センサーに係り、特に、対向する電極間の静電
容量の変化を利用して圧力を検出する静電容量式の圧力
センサーに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor for detecting a pressure of a fluid to be measured, and more particularly to a capacitance type pressure sensor for detecting a pressure by utilizing a change in capacitance between opposed electrodes. About.

【0002】[0002]

【背景技術】図15には、静電容量式の圧力センサーに
用いられる従来の一般的な圧力変換素子900 が示されて
いる(特公昭60-34687号公報等参照;第一従来例)。圧
力変換素子900 は、厚肉の基板901 と、測定流体の圧力
により変形する薄肉のダイヤフラム902 とを備え、これ
らの基板901 とダイヤフラム902 とはリング状の接合部
903 を介して互いに平行に所定間隔を置いて配置されて
いる。基板901 とダイヤフラム902 との対向面904,905
間には、接合部903 に囲まれるように空間906 が形成さ
れている。基板901 の対向面904 には、略円形の電極91
0 が設けられ、一方、ダイヤフラム902 の対向面905 に
は、電極910 と同じ大きさの略円形の電極911 が設けら
れ、これらの対向する電極910,911 により静電容量Cの
コンデンサ912 が形成されている。また、ダイヤフラム
902 の対向面905 とは反対側の面は、測定流体の圧力が
付加される受圧面907 となっている。
2. Description of the Related Art FIG. 15 shows a conventional general pressure conversion element 900 used for a capacitance type pressure sensor (see Japanese Patent Publication No. 60-34687, etc .; first conventional example). The pressure conversion element 900 includes a thick substrate 901 and a thin diaphragm 902 that is deformed by the pressure of the measurement fluid, and these substrates 901 and the diaphragm 902 are connected to each other by a ring-shaped joint.
903 are arranged in parallel with each other at a predetermined interval. Opposite surfaces 904, 905 of substrate 901 and diaphragm 902
A space 906 is formed therebetween so as to be surrounded by the joint 903. A substantially circular electrode 91 is provided on the facing surface 904 of the substrate 901.
On the other hand, a substantially circular electrode 911 having the same size as the electrode 910 is provided on the facing surface 905 of the diaphragm 902, and a capacitor 912 having a capacitance C is formed by the facing electrodes 910 and 911. I have. Also, the diaphragm
The surface of 902 opposite to the facing surface 905 is a pressure receiving surface 907 to which the pressure of the measurement fluid is applied.

【0003】電極910 の外縁の一箇所には、外端部に向
かって延びる電極取り出し用の導電路913 が連続して形
成され、一方、電極911 の外縁の一箇所には、外端部に
向かって延びる電極取り出し用の導電路914 が連続して
形成されている。また、図中点線は、電極910,911 間に
生じる電気力線の状態を示している。電気力線は、各電
極910,911 の中央付近では真っ直ぐな状態となっている
が、各電極910,911 の外縁付近では、各導電路913,914
や接合部903 の影響を受け、乱れた状態となっている。
[0003] A conductive path 913 for taking out the electrode extending toward the outer end is formed continuously at one portion of the outer edge of the electrode 910, while one portion of the outer edge of the electrode 911 is formed at the outer end. A conductive path 914 for extracting an electrode extending toward the electrode is formed continuously. The dotted line in the figure indicates the state of the lines of electric force generated between the electrodes 910 and 911. The lines of electric force are straight near the center of each electrode 910, 911, but near the outer edge of each electrode 910, 911, each conductive path 913, 914.
And the joint 903 is disturbed.

【0004】このような第一従来例においては、空間90
6 に大気等を導いて基準圧とし、一方、受圧面907 から
測定流体の圧力を作用させ、ダイヤフラム902 をこれら
の差圧により撓ませる。そして、このダイヤフラム902
の撓みに伴って各電極910,911 間の間隔が変化し、コン
デンサ912 の静電容量Cが変化することを利用して測定
流体の圧力を検出する。また、空間906 を真空として絶
対圧力測定を行うこともある。
In such a first conventional example, the space 90
Then, the atmosphere or the like is led to 6 to make it a reference pressure, while the pressure of the measurement fluid is applied from the pressure receiving surface 907, and the diaphragm 902 is deflected by these differential pressures. And this diaphragm 902
The pressure between the electrodes 910 and 911 changes along with the deflection of the electrode 910, and the pressure of the measurement fluid is detected by using the change in the capacitance C of the capacitor 912. In some cases, absolute pressure measurement is performed with the space 906 as a vacuum.

【0005】図16には、前記第一従来例に示す一般的
な圧力変換素子900 を改良した別の従来例である圧力変
換素子800 が示されている(特開昭60-56233号公報参
照;第二従来例)。なお、図16(B),(C)中のハ
ッチングは断面を示すものではなく、説明上見やすくす
るために記載したものである。圧力変換素子800 は、前
記第一従来例と同様に構成され、厚肉の基板801 と、薄
肉のダイヤフラム802 とは、リング状の接合部803 を介
して互いに平行に所定間隔を置いて配置されている。基
板801 とダイヤフラム802 との対向面804,805間には、
接合部803 に囲まれるように空間806 が形成されてい
る。基板801 の対向面804 には、略円形の電極810 と、
この略円形の電極810 の外側を囲むように配置され、か
つその一部を切断されたリング状(C字状)の電極811
とが設けられ、一方、 ダイヤフラム802 の対向面805
には、この外側の電極811 の外径と同じ外径を有する略
円形の電極812 が設けられている。これらの対向する電
極810 と電極812 とにより静電容量C1のコンデンサ814
が形成され、電極811 と電極812 とにより静電容量C2の
コンデンサ815 が形成されている。また、ダイヤフラム
802 の対向面805 とは反対側の面は、測定流体の圧力が
付加される受圧面807 となっている。
FIG. 16 shows a pressure conversion element 800 which is another conventional example obtained by improving the general pressure conversion element 900 shown in the first conventional example (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-56233). A second conventional example). The hatching in FIGS. 16B and 16C does not show a cross section, but is shown for easy understanding in description. The pressure conversion element 800 is configured in the same manner as in the first conventional example, and a thick substrate 801 and a thin diaphragm 802 are arranged at predetermined intervals in parallel with each other via a ring-shaped joint 803. ing. Between opposing surfaces 804 and 805 of the substrate 801 and the diaphragm 802,
A space 806 is formed so as to be surrounded by the joint 803. A substantially circular electrode 810 is provided on the facing surface 804 of the substrate 801.
A ring-shaped (C-shaped) electrode 811 which is arranged so as to surround the outside of the substantially circular electrode 810 and has a part thereof cut off.
And the opposite surface 805 of the diaphragm 802
Is provided with a substantially circular electrode 812 having the same outer diameter as that of the outer electrode 811. A capacitor 814 having a capacitance C1 is formed by these opposed electrodes 810 and 812.
Are formed, and a capacitor 815 having a capacitance C2 is formed by the electrode 811 and the electrode 812. Also, the diaphragm
The surface opposite to the facing surface 805 of 802 is a pressure receiving surface 807 to which the pressure of the measurement fluid is applied.

【0006】電極810 の外縁の一箇所には、電極811 の
切断された部分を通過し、外端部に向かって延びる電極
取り出し用の導電路816 が連続して形成され、電極811
の外縁の一箇所には、外端部に向かって延びる電極取り
出し用の導電路817 が連続して形成されている。一方、
電極812 の外縁の一箇所にも、外端部に向かって延びる
電極取り出し用の導電路818 が連続して形成されてい
る。また、基板801 には、空間806 と外部を連通する貫
通孔819 がもうけられており、この貫通孔819 から基準
圧となる大気が空間806 内に導かれる。
At one location of the outer edge of the electrode 810, a conductive path 816 for extracting an electrode, which passes through the cut portion of the electrode 811 and extends toward the outer end, is formed continuously.
A conductive path 817 for taking out an electrode extending toward the outer end is continuously formed at one position of the outer edge of the substrate. on the other hand,
At one location on the outer edge of the electrode 812, a conductive path 818 for extracting an electrode extending toward the outer end is continuously formed. Further, the substrate 801 has a through hole 819 communicating the space 806 with the outside, and the atmosphere serving as a reference pressure is introduced into the space 806 from the through hole 819.

【0007】このような第二従来例においては、前記第
一従来例と同様に空間806 に大気を導いて基準圧とし、
一方、受圧面807 から測定流体の圧力を作用させ、ダイ
ヤフラム802 をこれらの差圧により撓ませる。そして、
このダイヤフラム802 の撓みに伴って電極810,812 間の
間隔および電極811,812 間の間隔が変化し、各コンデン
サ814,815 の静電容量C1, C2が変化することを利用して
測定流体の圧力を検出する。このような第二従来例によ
れば、各コンデンサ814,815 の静電容量C1, C2は、空間
806 内の湿度、温度等の変化に伴う誘電率εの変化の影
響を受けることになるが、図示されない計測回路により
C1/C2を検出することで、この影響を修正して圧力測定
を行うことができる。すなわち、各コンデンサ814,815
の電極間距離をD1, D2、電極面積をS1, S2とすると、 C1/C2=(ε×S1/D1)/(ε×S2/D2)=(S1×D2)
/(S2×D1) となり、誘電率εはキャンセルされるので、誘電率εの
変化の影響を修正して圧力測定を行うことができる。
In the second conventional example, the atmosphere is guided to the space 806 as a reference pressure, as in the first conventional example.
On the other hand, the pressure of the measurement fluid is applied from the pressure receiving surface 807, and the diaphragm 802 is bent by these differential pressures. And
The pressure between the electrodes 810 and 812 and the distance between the electrodes 811 and 812 change with the flexure of the diaphragm 802, and the pressure of the measurement fluid is detected by using the change in the capacitances C1 and C2 of the capacitors 814 and 815. According to the second conventional example, the capacitances C1 and C2 of the capacitors 814 and 815 are
806 is affected by changes in the dielectric constant ε due to changes in humidity, temperature, etc.
By detecting C1 / C2, this effect can be corrected and pressure measurement can be performed. That is, each capacitor 814,815
If the distance between the electrodes is D1, D2 and the electrode area is S1, S2, C1 / C2 = (ε × S1 / D1) / (ε × S2 / D2) = (S1 × D2)
/ (S2 × D1), and the dielectric constant ε is canceled, so that the pressure measurement can be performed by correcting the influence of the change in the dielectric constant ε.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した図
15の第一従来例では、測定流体の圧力をゲージ圧で検
出する場合には、空間906 に大気を導入しなければなら
ないが、この際、空間906 内の大気の誘電率は、大気の
温度変化や湿度変化等の影響を受けて変化し、これによ
りコンデンサ912 の静電容量Cが変化するので、正確な
圧力の検出を行うことができないという問題があった。
これに加え、大気の温度、湿度変化により電極910,911
間の絶縁抵抗も変化するので、これによっても正確な圧
力の検出を行うことができないという問題があった。
However, in the above-mentioned first conventional example shown in FIG. 15, when the pressure of the measurement fluid is detected by the gauge pressure, the atmosphere must be introduced into the space 906. Since the permittivity of the atmosphere in the space 906 changes under the influence of changes in the temperature and humidity of the atmosphere, the capacitance C of the capacitor 912 changes, so that accurate pressure detection can be performed. There was a problem that it was not possible.
In addition, the electrodes 910, 911
Since the insulation resistance between them also changes, there is a problem that accurate pressure cannot be detected even by this.

【0009】また、図15の破線に示すように、各電極
910,911 の外縁付近に生じる電気力線は外側に膨らんだ
状態となっており、この外側に膨らんだ部分に配置され
た基板901 やダイヤフラム902 および接合部903 の材料
の温度、湿度変化に伴う誘電率の変化の影響を受けてコ
ンデンサ912 の静電容量Cは変化する。また、誘電率の
極端に異なる物体920 がダイヤフラム902 に接近した場
合にも、電気力線は物体920 の方に膨らみ、静電容量C
はこの影響を受ける。さらに、電極取り出し用の導電路
913,914 が各電極910,911 の外縁から外側に突出するよ
うに設けられているため、これによっても電気力線は外
側に膨らみ、静電容量Cがこの影響を受けて正確な圧力
の検出を行うことができないという問題があった。
As shown by the broken lines in FIG.
The lines of electric force generated near the outer edges of 910 and 911 are swelling outward, and the permittivity due to changes in the temperature and humidity of the materials of the substrate 901, the diaphragm 902, and the joint 903 disposed in the swelling portion outside , The capacitance C of the capacitor 912 changes. Also, when an object 920 having an extremely different dielectric constant approaches the diaphragm 902, the lines of electric force swell toward the object 920 and the capacitance C
Are affected by this. In addition, conductive paths for taking out electrodes
Since the 913 and 914 are provided so as to protrude outward from the outer edges of the electrodes 910 and 911, the lines of electric force also swell outward, and the capacitance C is affected by this, and accurate pressure detection can be performed. There was a problem that it was not possible.

【0010】また、前述した図16の第二従来例では、
基板801 側の電極を二分割し、二つのコンデンサ814,81
5 (静電容量C1, C2)を形成したので、図示されない計
測回路によりC1/C2を検出することで、空間806 内の湿
度、温度等の変化による誘電率εの変化の影響を修正し
て測定流体の圧力を検出することができる。しかし、基
板801 側の外側の電極811 とダイヤフラム802 側の電極
812 との間に生じる電気力線は、これらの電極取り出し
用の各導電路817,818 および接合部803 の影響を受けて
乱れるので、前述した第一従来例の場合と同様な不都
合、すなわち外側に乱れた部分に配置された基板801 や
ダイヤフラム802 および接合部803 の材料の温度、湿度
変化に伴う誘電率の変化の影響を受けてコンデンサ815
の静電容量C2が変化するという不都合が生じ、これによ
り正確な圧力の検出を行うことができないという問題が
あった。
In the second conventional example shown in FIG.
Divide the electrode on the side of the substrate 801 into two capacitors 814 and 81
5 (Capacitance C1, C2) is formed. By detecting C1 / C2 by a measurement circuit (not shown), the influence of the change in the dielectric constant ε due to the change in humidity, temperature, etc. in the space 806 is corrected. The pressure of the measurement fluid can be detected. However, the outer electrode 811 on the substrate 801 side and the electrode on the diaphragm 802 side
The lines of electric force generated between the first and second conductive lines 812 and 812 are disturbed by the influence of the conductive paths 817 and 818 and the joint 803 for taking out the electrodes. The capacitor 815 is affected by the change in the dielectric constant of the material of the substrate 801
However, there is a problem that the electrostatic capacitance C2 changes, which makes it impossible to accurately detect the pressure.

【0011】また、基板801 側の外側の電極811 は、中
央の電極810 の導電路816 を通すために一部が切断され
たリング状(C字状)の形状となっているので、これに
よってもコンデンサ815 の静電容量C2が端末効果の影響
を受けるため、正確な圧力の検出を行うことができない
という問題があった。さらに、電極811 は、このような
一部が切断されたリング状でかつ外側に突出する導電路
817 を有する形状となっており、略円形の電極810,812
も、それぞれ外側に突出する導電路816,818 有する形状
となっており、いずれも単純な形状ではないため、製造
工程が複雑になるという問題があった。
The outer electrode 811 on the side of the substrate 801 is formed in a ring shape (C-shape) in which a part is cut to pass through the conductive path 816 of the central electrode 810. However, since the capacitance C2 of the capacitor 815 is affected by the terminal effect, there is a problem that accurate pressure cannot be detected. Further, the electrode 811 is formed in such a partially cut ring-like shape as a conductive path projecting outward.
817 and a substantially circular electrode 810, 812
However, these have shapes in which conductive paths 816 and 818 protrude outward, respectively, and are not simple shapes, so that there is a problem that the manufacturing process becomes complicated.

【0012】本発明の目的は、圧力を正確に測定するこ
とができ、かつ製造が容易な圧力センサーを提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a pressure sensor which can accurately measure pressure and is easy to manufacture.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板側の電極
を複数に分割し、かつこれらの電極を単純な形状とする
ことにより前記目的を達成しようとするものである。具
体的には、本発明は、厚肉の基板と、この基板に所定間
隔を置いて対向配置された薄肉の弾性ダイヤフラムとを
備え、これらの基板と弾性ダイヤフラムとの対向面の各
々に対向する電極が設けられ、前記弾性ダイヤフラムに
加わる圧力を前記電極間の静電容量の変化により検出す
る圧力センサーであって、前記電極のうち基板側の電極
は複数に分割され、この分割された基板側の各電極は順
次内側の電極を囲うように配置され、この分割された基
板側の各電極のうち、中央の電極を除く電極はそれぞれ
一定幅の閉環状に形成され、最も外側の電極は接地ある
いは所定の一定電圧に保たれ、前記電極のうち弾性ダイ
ヤフラム側の電極は中実の略円状に形成され、かつその
全周にわたって基板側の最も外側の電極の外側端縁より
もさらに外側に位置する外縁部を有し、前記基板の電極
が設けられた面とは反対側の面に、前記弾性ダイヤフラ
ム側の電極用の電極端子が設けられ、この電極端子と弾
性ダイヤフラム側の電極の外縁部とは基板を貫通するス
ルーホールの導通部を介して導通されていることを特徴
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to divide the electrodes on the substrate side into a plurality of parts and to simplify these electrodes to achieve the above object. Specifically, the present invention includes a thick-walled substrate and a thin-walled elastic diaphragm that is disposed opposite to the substrate at a predetermined interval, and faces each of the opposing surfaces of the substrate and the elastic diaphragm. An electrode is provided, which is a pressure sensor that detects a pressure applied to the elastic diaphragm by a change in capacitance between the electrodes, wherein the electrode on the substrate side among the electrodes is divided into a plurality, and the divided substrate side Are sequentially arranged so as to surround the inner electrode. Of the divided electrodes on the substrate side, the electrodes except for the central electrode are respectively
Is formed in a closed loop with a constant width, most outer electrode is maintained at ground or a predetermined constant voltage, elastic die of the electrode
The electrode on the diaphragm side is formed in a solid substantially circular shape, and the
From the outer edge of the outermost electrode on the substrate side over the entire circumference
Also has an outer edge located on the outside, the electrode of the substrate
On the surface opposite to the surface provided with
An electrode terminal for the electrode on the system side is provided.
The outer edge of the electrode on the conductive diaphragm side is
It is characterized in that conduction is made through a conduction portion of the through hole .

【0014】ここで、前記基板側の電極は三分割され、
この三分割された電極のうち中央の電極は中心部が抜け
ていない中実の円状に形成され、残りの二つの電極は閉
じた円環状に形成されていることが望ましい。また、ス
ルーホールの導通部と外縁部とを、スルーホールの一端
側から挿入される導電ペーストによって導通させ、基板
と弾性ダイヤフラムとの間に設けられる接合部には、外
縁部の一部が露出しかつスルーホールに連通する空間を
設け、この空間内に導電性ペーストを充填させることが
望ましい。
Here, the electrode on the substrate side is divided into three parts,
It is desirable that the center electrode of the three divided electrodes is formed in a solid circular shape without a central portion, and the remaining two electrodes are formed in a closed annular shape. Also,
Connect the conducting part and outer edge of the through hole to one end of the through hole.
Conducted by conductive paste inserted from the side, the substrate
The joint provided between the elastic diaphragm and
A space where part of the edge is exposed and communicates with the through hole
It is possible to fill this space with conductive paste
desirable.

【0015】[0015]

【作用】このような本発明においては、測定流体の圧力
を弾性ダイヤフラムに作用させてこれを撓ませ、この時
の対向電極間の距離の変化に伴う静電容量の変化を捉え
て測定流体の圧力を検出する。この際、複数に分割した
基板側の各電極のうち最も外側の電極を例えば接地して
計測には不使用のものとする。従って、この接地した基
板側の電極と弾性ダイヤフラム側の電極との間の電気力
線のみが外側に膨んでその静電容量が周囲の材料の影響
を受けることになり、計測に使用する基板側の残りの電
極と弾性ダイヤフラム側の電極との間の電気力線は略真
っ直ぐに形成されてその静電容量は周囲の材料の影響を
受けない。このため、基板や弾性ダイヤフラムおよびこ
れらの接合部等の周囲の材料の温度、湿度が変化して誘
電率が変化しても、計測にはその影響は及ばず、精度の
よい計測が行われる。また、基板側の最も外側の電極を
除いた残りの電極すなわち計測に使用する電極と弾性ダ
イヤフラム側の電極とにより形成される複数のコンデン
サにおいて、計測回路により各コンデンサの静電容量の
比あるいは和と差との比などを検出することで、基板と
弾性ダイヤフラムとの間の空間内の大気の誘電率変化の
影響が修正され、前述した接地による周囲の材料の影響
を排除した計測に加え、さらに精度の良い計測が行われ
る。
In the present invention as described above, the pressure of the measurement fluid is applied to the elastic diaphragm to bend it, and the change in the capacitance accompanying the change in the distance between the opposed electrodes at this time is grasped. Detect pressure. At this time, the outermost electrode among the plurality of divided electrodes on the substrate side is grounded, for example, and is not used for measurement. Therefore, only the lines of electric force between the grounded electrode on the substrate side and the electrode on the elastic diaphragm side bulge outward, and the capacitance is affected by the surrounding materials, and the substrate side used for measurement is The lines of electric force between the remaining electrodes and the electrodes on the elastic diaphragm side are formed substantially straight, and the capacitance is not affected by the surrounding materials. For this reason, even if the temperature and humidity of the surrounding materials such as the substrate, the elastic diaphragm and their joints change, and the dielectric constant changes, the measurement is not affected and accurate measurement is performed. In addition, in a plurality of capacitors formed by the remaining electrodes excluding the outermost electrode on the substrate side, that is, the electrodes used for measurement and the electrodes on the elastic diaphragm side, the ratio or the sum of the capacitance of each capacitor is measured by the measurement circuit. By detecting the ratio of the difference between the substrate and the elastic diaphragm, the effect of the change in the dielectric constant of the atmosphere in the space between the substrate and the elastic diaphragm is corrected.In addition to the measurement that eliminates the influence of the surrounding material due to the grounding described above, More accurate measurement is performed.

【0016】さらに、複数に分割した基板側の各電極の
うち中央の電極を除く電極はそれぞれ一定幅の閉環状に
形成されており、前述した第一、第二従来例のような外
側に突出する部分や切断された部分を有する形状とはな
っていないため、前述した端末効果の影響が少なくな
り、計測の精度が良くなる。また、このような単純な電
極形状であるため、製造工程が簡略化される。そして、
弾性ダイヤフラム側の電極を中実の略円状に形成すると
ともに、その全周にわたって基板側の最も外側の電極の
外側端縁よりもさらに外側に位置する外縁部を設けるた
め、弾性ダイヤフラムの電極用の電極端子を基板の背面
へ引き出す際には、基板における前記外縁部に対応した
位置にスルーホールを設ければよく、その電極端子の取
り出しが容易になる。
Further, of the plurality of divided electrodes on the substrate side, the electrodes except for the central electrode are each formed in a closed annular shape having a fixed width, and project outwardly as in the first and second conventional examples described above. Since the shape does not have a portion to be cut or a cut portion, the influence of the terminal effect described above is reduced, and the measurement accuracy is improved. In addition, because of such a simple electrode shape, the manufacturing process is simplified. And
When the electrode on the elastic diaphragm side is formed in a solid and substantially circular shape
In both cases, the outermost electrode on the substrate side
An outer edge located further outside than the outer edge is provided.
The electrode terminals for the electrodes of the elastic diaphragm on the back of the substrate.
When pulled out to the outer edge corresponding to the substrate
It is sufficient to provide a through hole at the position, and take the electrode terminal
It is easy to pull out.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1から図6には、本発明の第一実施例に係る静
電容量式の圧力変換素子10が示されている。図1におい
て、圧力変換素子10は、図示されない圧力センサーの内
部に装着され、測定流体の圧力を検出するために、その
圧力を電気的な出力信号に変換するものである。圧力変
換素子10は、偏平な円柱状の外形の本体10A を有し、こ
の本体10A は、セラミック製の厚肉の基板11と、セラミ
ック製で測定流体の圧力により変形する薄肉のダイヤフ
ラム12とを備え、これらの基板11とダイヤフラム12とは
接合部20を介して互いに平行に所定間隔を置いて配置さ
れている。基板11とダイヤフラム12との対向面13, 14間
には、リング状の接合部20に囲まれるように空間30が形
成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 6 show a capacitance type pressure conversion element 10 according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a pressure conversion element 10 is mounted inside a pressure sensor (not shown), and converts the pressure into an electrical output signal in order to detect the pressure of the measurement fluid. The pressure transducer 10 has a main body 10A having a flat cylindrical outer shape, and the main body 10A includes a ceramic thick substrate 11 and a ceramic thin diaphragm 12 which is deformed by the pressure of a measurement fluid. The substrate 11 and the diaphragm 12 are arranged at predetermined intervals in parallel with each other via a joint 20. A space 30 is formed between the opposing surfaces 13 and 14 of the substrate 11 and the diaphragm 12 so as to be surrounded by the ring-shaped joint 20.

【0018】基板11の対向面13には、図2にも示される
ように、中心部が抜けていない中実円形の中央電極31、
各リング状のリファレンス電極32およびシールド電極33
の合計三つの電極が設けられ、一方、ダイヤフラム12の
対向面14には、中実円形の共通電極34が設けられてい
る。図2は、基板11およびダイヤフラム12をそれぞれ対
向面13, 14側から見た状態の図である(接合部20は形成
されていない状態とする)。なお、図中のハッチングは
断面を示すものではなく、説明上見やすくするために記
載したものであり、後述する図3(A),図9における
ハッチングも同様である。基板11の対向面13において、
中央電極31は中実の円状に形成され、リファレンス電極
32は中央電極31を囲むように閉じた円環状(リング状)
に形成され、さらにその外側には、シールド電極33がリ
ファレンス電極32を囲むように閉じた円環状(リング
状)に形成されている。これらの中央電極31とリファレ
ンス電極32との間隔S1およびリファレンス電極32とシー
ルド電極33との間隔S2は、例えば、各々 500μm程度で
ある。ダイヤフラム12の対向面14において、共通電極34
は中実の円状に形成され、その外径DCは、シールド電極
33の外径DSよりも大きくなっており、この共通電極34の
シールド電極33の外縁よりも外側に位置する部分は、後
述する電極端子形成用の外縁部38となっている。また、
基板11の対向面13のシールド電極33の外側には、共通電
極34の外縁部38と導通される接続用端子39が銀パラジウ
ムペースト等の導電性材料で形成されている。
As shown in FIG. 2, the opposite surface 13 of the substrate 11 has a solid circular central electrode 31 with a central portion not missing.
Each ring-shaped reference electrode 32 and shield electrode 33
Are provided, while a common electrode 34 having a solid circular shape is provided on the facing surface 14 of the diaphragm 12. FIG. 2 is a diagram of the state where the substrate 11 and the diaphragm 12 are viewed from the opposing surfaces 13 and 14, respectively (the bonding portion 20 is not formed). The hatching in the figure does not show a cross section, but is shown for easy understanding in description, and the same applies to hatching in FIGS. 3A and 9 described later. On the opposing surface 13 of the substrate 11,
The center electrode 31 is formed in a solid circular shape and has a reference electrode
Reference numeral 32 denotes an annular shape (ring shape) closed so as to surround the central electrode 31.
Further, a shield electrode 33 is formed on the outside thereof in a closed annular shape (ring shape) so as to surround the reference electrode 32. The distance S1 between the center electrode 31 and the reference electrode 32 and the distance S2 between the reference electrode 32 and the shield electrode 33 are, for example, about 500 μm, respectively. On the facing surface 14 of the diaphragm 12, the common electrode 34
Is formed in a solid circle and its outer diameter DC is the shield electrode
A portion of the common electrode 34 outside the outer edge of the shield electrode 33 is larger than the outer diameter DS of the common electrode 34, and serves as an outer edge portion 38 for forming an electrode terminal described later. Also,
Outside the shield electrode 33 on the opposing surface 13 of the substrate 11, a connection terminal 39 electrically connected to the outer edge portion 38 of the common electrode 34 is formed of a conductive material such as silver-palladium paste.

【0019】図1に戻って、これらの各電極により空間
30内の大気を誘電体とする合計三つのコンデンサーが形
成されている。すなわち、中央電極31と共通電極34とに
より静電容量CMのコンデンサー35、リファレンス電極32
と共通電極34とにより静電容量CRのコンデンサー36、シ
ールド電極33と共通電極34とにより静電容量CSのコンデ
ンサー37がそれぞれ形成されている。この各コンデンサ
ー35, 36, 37の電極間距離Tは、接合部20の厚みにより
決定され、ダイヤフラム12に圧力が作用しない状態で、
例えば、50μm程度である。また、ダイヤフラム12の対
向面14とは反対側の面は、測定流体の圧力が付加される
受圧面16となっている。圧力変換素子10は、このダイヤ
フラム12の受圧面16に作用する測定流体の圧力と空間30
内の大気圧との差圧によりダイヤフラム12が撓んで各コ
ンデンサー35, 36, 37の電極間距離がその初期値Tより
変化し、これに伴って各静電容量CM, CR, CSが変化する
ことを利用して測定流体の圧力を検出するように構成さ
れている。
Returning to FIG. 1, the space is defined by these electrodes.
A total of three capacitors are formed using the atmosphere in 30 as a dielectric. That is, the capacitor 35 having the capacitance CM and the reference electrode 32
The common electrode 34 forms a capacitor 36 having a capacitance CR, and the shield electrode 33 and the common electrode 34 form a capacitor 37 having a capacitance CS. The distance T between the electrodes of each of the capacitors 35, 36, and 37 is determined by the thickness of the joint 20, and in a state where no pressure acts on the diaphragm 12,
For example, it is about 50 μm. The surface of the diaphragm 12 opposite to the facing surface 14 is a pressure receiving surface 16 to which the pressure of the measurement fluid is applied. The pressure conversion element 10 is configured to control the pressure of the measurement fluid acting on the pressure receiving surface 16 of the diaphragm 12 and the space 30.
The diaphragm 12 bends due to the pressure difference from the internal atmospheric pressure, and the distance between the electrodes of the capacitors 35, 36, and 37 changes from its initial value T, and accordingly, the capacitances CM, CR, and CS change. This is used to detect the pressure of the measurement fluid.

【0020】基板11の背面15(対向面13とは反対側の
面)には、ワンチップIC60が搭載されている。このワ
ンチップIC60は、詳細は後述するように、C−MOS
のASIC(カスタムIC)であって各静電容量CM, C
R, CSの変化を計測する計測回路65(後述の図5参照)
を内蔵している。また、基板11の背面15には、このワン
チップIC60を直接に搭載するための電極パターン40が
印刷形成されている。図3には、電極パターン40の詳細
構成が示されており、(A)は、ワンチップIC60を搭
載する前の状態であり、(B)は、ワンチップIC60を
搭載した後の状態である。電極パターン40は、基板11の
背面15の外縁部にリング状に形成された回路パス63A を
備え、この回路パス63A の図中右側部分の内側突出部に
基板11側のシールド電極33用の電極端子43が電気的導通
状態で形成されている。一方、回路パス63A の内側にお
いて、基板11側の中央電極31、リファレンス電極32用の
各電極端子41, 42およびダイヤフラム12側の共通電極34
用の電極端子44がそれぞれスポット状に形成され、これ
らの各電極端子41, 42, 44からそれぞれ鍵形の各回路パ
ス61, 62, 64が形成され、その先端はワンチップIC60
の足(ピン)の位置に導かれている。この際、共通電極
34用の電極端子44および回路パス64の周囲には、所定間
隔をおいて回路パス63B が設けられ、この回路パス63B
は、リング状の回路パス63Aの図中左側部分の内側に接
続されて回路パス63A と一体化されている。また、回路
パス63B は、回路パス64の先端の両側に位置するワンチ
ップIC60の足の位置を通過するように配置され、ワン
チップIC60の接地用端子に接続されるようになってい
る。これらのシールド電極33用の電極端子43と導通され
た各回路パス63A,63B は、接地されている。したがっ
て、中央電極31用の電極端子41を含む回路パス61および
リファレンス電極32用の電極端子42を含む回路パス62
と、共通電極34用の電極端子44を含む回路パス64とは、
接地電極としての回路パス63A,63B により互いに隔離さ
れた配置状態となっている。このため、これらの間の絶
縁抵抗低下によるリーク電流の増加の影響を低減できる
ようになっている。
A one-chip IC 60 is mounted on the back surface 15 of the substrate 11 (the surface opposite to the opposing surface 13). This one-chip IC 60 has a C-MOS
ASIC (custom IC), each capacitance CM, C
Measurement circuit 65 for measuring changes in R and CS (see FIG. 5 described later)
Built-in. An electrode pattern 40 for directly mounting the one-chip IC 60 is formed on the rear surface 15 of the substrate 11 by printing. 3A and 3B show a detailed configuration of the electrode pattern 40. FIG. 3A shows a state before the one-chip IC 60 is mounted, and FIG. 3B shows a state after the one-chip IC 60 is mounted. . The electrode pattern 40 includes a circuit path 63A formed in a ring shape on the outer edge of the back surface 15 of the substrate 11, and an electrode for the shield electrode 33 on the substrate 11 side is provided on the inner protruding portion on the right side of the circuit path 63A in the drawing. Terminal 43 is formed in an electrically conductive state. On the other hand, inside the circuit path 63A, the central electrode 31 on the substrate 11, the electrode terminals 41 and 42 for the reference electrode 32, and the common electrode 34 on the diaphragm 12 side.
Electrode terminals 44 are formed in the form of spots, and these electrode terminals 41, 42, 44 form key-shaped circuit paths 61, 62, 64, respectively.
Guided to the position of the foot (pin). At this time, the common electrode
A circuit path 63B is provided at predetermined intervals around the electrode terminal 44 for 34 and the circuit path 64.
Is connected to the inside of the left side portion of the ring-shaped circuit path 63A in the figure and is integrated with the circuit path 63A. Further, the circuit path 63B is arranged so as to pass through the position of the foot of the one-chip IC 60 located on both sides of the tip of the circuit path 64, and is connected to the ground terminal of the one-chip IC 60. Each of the circuit paths 63A and 63B electrically connected to the electrode terminal 43 for the shield electrode 33 is grounded. Therefore, a circuit path 61 including the electrode terminal 41 for the center electrode 31 and a circuit path 62 including the electrode terminal 42 for the reference electrode 32
And a circuit path 64 including the electrode terminal 44 for the common electrode 34,
They are arranged so as to be isolated from each other by circuit paths 63A and 63B as ground electrodes. Therefore, it is possible to reduce the influence of an increase in leakage current due to a decrease in insulation resistance therebetween.

【0021】各電極端子41, 42, 43, 44は、図1に示す
ように、それぞれ基板11を貫通するように設けられた電
極穴45, 46, 47, 48に形成された導通部51, 52, 53, 54
により、それぞれ中央電極31、リファレンス電極32、シ
ールド電極33、および共通電極34に導通される接続用端
子39と導通している。この際、各導通部51, 52, 53, 54
は各電極穴45, 46, 47, 48の内壁面にそれぞれ設けられ
ており、各穴の中心には、スルーホールが形成されてい
る。このうち電極穴48のスルーホールは後述する導電ペ
ースト25により塞がれているが、残りの電極穴45, 46,
47のスルーホールのうち少なくとも一つは両側の入口を
開放されており、空間30に外部の大気を導くことができ
るようになっている。
As shown in FIG. 1, each of the electrode terminals 41, 42, 43, and 44 has a conductive portion 51, formed in an electrode hole 45, 46, 47, 48 provided to penetrate the substrate 11, respectively. 52, 53, 54
As a result, it is electrically connected to the connection terminal 39 which is electrically connected to the center electrode 31, the reference electrode 32, the shield electrode 33, and the common electrode 34, respectively. At this time, each conducting part 51, 52, 53, 54
Are provided on the inner wall surface of each of the electrode holes 45, 46, 47, and 48, and a through hole is formed at the center of each hole. Of these, the through holes of the electrode holes 48 are closed by the conductive paste 25 described later, but the remaining electrode holes 45, 46,
At least one of the forty-seven through holes is open at the entrance on both sides, so that the outside atmosphere can be guided to the space 30.

【0022】図4には、接合部20の詳細断面が示されて
いる。接合部20は、シールド電極33の外周側を覆うよう
に基板11側に密着配置されたオーバーコートガラス21
と、このオーバーコートガラス21とダイヤフラム12との
間隔を調整するためにこれらの間に設けられスペーサー
として機能するリング状の高融点ガラス22と、オーバー
コートガラス21とダイヤフラム12との間であって高融点
ガラス22の内周側および外周側周囲に配置された低融点
ガラス23とを含み構成されている。オーバーコートガラ
ス21は、シールド電極33と共通電極34との縁面距離を大
きくし、縁面抵抗を増大させるために設けられている。
高融点ガラス22は、結晶化ガラス等であり、その厚みを
調整することで、基板11とダイヤフラム12との間隔、つ
まりは電極間距離Tを所定の間隔に保つように設けられ
ている。圧力レンジの変更は、一般的にダイヤフラム12
の板厚の変更により行われるが、この高融点ガラス22の
厚み調整による電極間距離Tの変更でも行うことが可能
となっている。低融点ガラス23は、非結晶化ガラス等で
あり、その一部分には空間24が設けられている。この空
間24には、共通電極34の外縁部38と接続用端子39とを導
通する導電ペースト25が挿入されており、空間24は、後
述する製造工程での導電ペースト25の挿入時のはみ出し
防止のために空間30に対して低融点ガラス23により仕切
られている。これにより、共通電極34は、その外縁部38
から、導電ペースト25、接続用端子39、導通部54の順序
で基板11の背面15の電極端子44に導通されている。ま
た、オーバーコートガラス21の対応する位置にも導電ペ
ースト25が挿入される空間24の一部が形成されている。
なお、このような空間24は、高融点ガラス22の配置によ
っては高融点ガラス22内に設けられていてもよい。
FIG. 4 shows a detailed cross section of the joint 20. The bonding portion 20 is formed of an overcoat glass 21 that is disposed in close contact with the substrate 11 so as to cover the outer peripheral side of the shield electrode 33.
And a ring-shaped high melting point glass 22 provided between the overcoat glass 21 and the diaphragm 12 to adjust the distance between the overcoat glass 21 and the diaphragm 12 and functioning as a spacer, and between the overcoat glass 21 and the diaphragm 12 And a low-melting glass 23 disposed around the inner and outer peripheral sides of the high-melting glass 22. The overcoat glass 21 is provided to increase the edge distance between the shield electrode 33 and the common electrode 34 and increase the edge resistance.
The high-melting glass 22 is made of crystallized glass or the like, and is provided so as to maintain a predetermined distance between the substrate 11 and the diaphragm 12, that is, a distance T between the electrodes by adjusting the thickness thereof. Changing the pressure range generally involves changing the diaphragm 12
The thickness can be changed by adjusting the thickness T of the high-melting glass 22. The low-melting glass 23 is an amorphous glass or the like, and a space 24 is provided in a part thereof. In this space 24, a conductive paste 25 for conducting the outer edge portion 38 of the common electrode 34 and the connection terminal 39 is inserted, and the space 24 prevents the conductive paste 25 from protruding when the conductive paste 25 is inserted in a manufacturing process described later. The space 30 is separated from the space 30 by a low-melting glass 23. As a result, the common electrode 34 has its outer edge 38
Thus, the conductive paste 25, the connection terminals 39, and the conductive portions 54 are connected to the electrode terminals 44 on the rear surface 15 of the substrate 11 in this order. A part of the space 24 into which the conductive paste 25 is inserted is also formed at a position corresponding to the overcoat glass 21.
Such a space 24 may be provided in the high melting point glass 22 depending on the arrangement of the high melting point glass 22.

【0023】図5には、ワンチップIC60に内蔵された
計測回路65が示されている。図5において、計測回路65
は、詳細は後述するように圧力変換素子10の本体10A 内
のコンデンサー35, 36の各静電容量CM, CRの和と差との
比に関連する出力信号を得る回路手段である回路70を備
え、その他に計測回路65の出力信号のゼロ点を調整する
ゼロ点調整手段であるゼロ点調整回路71と、本体10A の
ダイヤフラム12に入力付加される測定流体の圧力とこれ
に対して得られる計測回路65の出力信号との関係におい
て入力側の圧力の範囲と出力側の出力信号の範囲との大
小関係(スパン)を調整するスパン調整手段であるスパ
ン調整回路72と、入力付加される圧力とこれに対して得
られる出力信号との関係の直線性を補正する直線性補正
手段である直線性補正回路73とを有している。
FIG. 5 shows a measuring circuit 65 built in the one-chip IC 60. In FIG. 5, the measuring circuit 65
The circuit 70 is a circuit means for obtaining an output signal related to the ratio of the sum and difference of the capacitances CM and CR of the capacitors 35 and 36 in the main body 10A of the pressure transducer 10 as described in detail below. A zero-point adjusting circuit 71 which is a zero-point adjusting means for adjusting a zero point of an output signal of the measuring circuit 65; a pressure of a measuring fluid to be added to the diaphragm 12 of the main body 10A; A span adjusting circuit 72 which is a span adjusting means for adjusting a magnitude relationship (span) between a range of an input-side pressure and a range of an output-side output signal in relation to an output signal of the measuring circuit 65; And a linearity correction circuit 73 as linearity correction means for correcting the linearity of the relationship between the output signal and the output signal.

【0024】回路70は、オペアンプ83を備え、このオペ
アンプ83のマイナス端子には、スパン調整回路72および
直線性補正回路73の出力信号が入力されるようになって
いる。オペアンプ83の出力側は、スイッチ75の一端子に
直接に接続されるとともに、オペアンプ84を介してスイ
ッチ74の一端子に接続されている。これらの各スイッチ
75, 74のコモン端子は、それぞれコンデンサー35, 36の
一方の電極である中央電極31、リファレンス電極32に接
続されている。各コンデンサー35, 36の他方の電極であ
る共通電極34は、スイッチ76を介してオペアンプ85のマ
イナス端子に接続されており、オペアンプ85の出力側
は、各スイッチ75, 74の他方の端子に共通接続されると
ともに、オペアンプ86のマイナス端子に接続されてい
る。また、オペアンプ85の出力側とマイナス端子との間
にはデータホールド用(詳細は後述)のコンデンサ77
(静電容量C0)が設けられている。オペアンプ86のマイ
ナス端子には、ゼロ点調整回路71の出力信号が入力され
るようになっており、このオペアンプ86の出力側は、出
力端子78に接続されるとともに、直線性補正回路73に出
力信号をフィードバックするようになっている。なお、
各オペアンプ83〜86のプラス端子はそれぞれ接地されて
いる。
The circuit 70 includes an operational amplifier 83, and the output terminal of the span adjustment circuit 72 and the output signal of the linearity correction circuit 73 are input to the minus terminal of the operational amplifier 83. The output side of the operational amplifier 83 is directly connected to one terminal of the switch 75, and is also connected to one terminal of the switch 74 via the operational amplifier 84. Each of these switches
The common terminals 75 and 74 are connected to the center electrode 31 and the reference electrode 32, which are one electrode of the capacitors 35 and 36, respectively. The common electrode 34, which is the other electrode of each of the capacitors 35 and 36, is connected to the minus terminal of the operational amplifier 85 via a switch 76, and the output side of the operational amplifier 85 is common to the other terminals of the switches 75 and 74. Connected to the negative terminal of the operational amplifier 86. A capacitor 77 for data hold (details will be described later) is provided between the output side of the operational amplifier 85 and the minus terminal.
(Capacitance C0). The output signal of the zero point adjustment circuit 71 is input to the minus terminal of the operational amplifier 86. The output side of the operational amplifier 86 is connected to the output terminal 78 and output to the linearity correction circuit 73. The signal is fed back. In addition,
The plus terminals of the operational amplifiers 83 to 86 are respectively grounded.

【0025】ゼロ点調整回路71、スパン調整回路72、直
線性補正回路73は、それぞれデジタル・アナログコンバ
ーター80(DAC)に並列接続された複数のツェナー・
ザップ・ダイオード81を有し(図5中n個の表示)、こ
れらを必要なビット数だけトリミングすることにより、
各機能に応じた出力信号の調整を行うことができるよう
になっている。
The zero point adjustment circuit 71, the span adjustment circuit 72, and the linearity correction circuit 73 are each composed of a plurality of Zeners connected in parallel to a digital / analog converter 80 (DAC).
By having a zap diode 81 (indicated by n in FIG. 5) and trimming them by the required number of bits,
The output signal can be adjusted according to each function.

【0026】図5において、回路70は、三つのスイッチ
74, 75, 76を備え、これらは図中の点線と実線との間で
切り換わるようになっている。先ず、各スイッチ74, 7
5, 76が点線の状態では、本体10A 内の各コンデンサー3
5, 36にはオペアンプ83の出力電圧VIとオペアンプ84の
出力電圧−VIとがかけられ、各静電容量CM, CRに応じた
電荷QM, QRがQM=−CM×VI、QR=CR×VIにより蓄えられ
る。ここで、電圧、静電容量等の具体例をあげると、電
圧VIは2.5V程度(2×VI=5V)であり、各静電容量CM,
CRは例えば30pFで、ダイヤフラム12の撓みによって、通
常コンデンサー35の静電容量CMは 6〜 8pF程度変化し、
一方、コンデンサー36の静電容量CRは 1〜2pF 変化し、
両方の静電容量の差は、 5〜 6pF程度のものとなる。次
に、各スイッチ74, 75, 76が実線の状態では、各コンデ
ンサー35, 36に蓄えられた電荷QM, QRの差ΔQが静電容
量C0のコンデンサー77へ移動する。この時、QR>QMとす
ると、各コンデンサー35, 36の電圧VXは、次式の状態で
平衡する。 VX=(QR−ΔQ)/CR=(QM+ΔQ)/CM これより、ΔQ=(CM×QR−CR×QM)/(CR+CM)が得
られる。従って、この電荷ΔQの移動によりオペアンプ
85の出力電圧VOは、 VO=VX=(QR−ΔQ)/CR =〔CR×VI−{(CM×QR−CR×QM)/(CR+CM)}〕/CR =〔CR×VI−{(CM×CR×VI+CR×CM×VI)/(CR+CM)}〕/CR ={(CR−CM)/(CR+CM)}×VI となり、各コンデンサー35, 36の静電容量CM, CRの和と
差との比に関連する出力信号を得ることができるように
なっている。
In FIG. 5, the circuit 70 comprises three switches
74, 75, and 76, which are switched between a dotted line and a solid line in the figure. First, switch 74, 7
5 and 76 are indicated by dotted lines.
The output voltage VI of the operational amplifier 83 and the output voltage −VI of the operational amplifier 84 are applied to 5, 36, and the charges QM and QR corresponding to the respective capacitances CM and CR are QM = −CM × VI and QR = CR × Stored by VI. Here, as a specific example of the voltage, the capacitance, etc., the voltage VI is about 2.5 V (2 × VI = 5 V).
CR is, for example, 30 pF, and the capacitance CM of the capacitor 35 generally changes by about 6 to 8 pF due to the bending of the diaphragm 12,
On the other hand, the capacitance CR of the capacitor 36 changes by 1 to 2 pF,
The difference between the two capacitances is about 5-6pF. Next, when the switches 74, 75, and 76 are in the solid line state, the difference ΔQ between the charges QM and QR stored in the capacitors 35 and 36 moves to the capacitor 77 having the capacitance C0. At this time, if QR> QM, the voltage VX of each of the capacitors 35 and 36 is balanced in the state of the following equation. VX = (QR−ΔQ) / CR = (QM + ΔQ) / CM From this, ΔQ = (CM × QR−CR × QM) / (CR + CM) is obtained. Therefore, the operation of the operational amplifier
The output voltage VO of 85 is: VO = VX = (QR−ΔQ) / CR = [CR × VI − {(CM × QR−CR × QM) / (CR + CM)}] / CR = [CR × VI − {( CM × CR × VI + CR × CM × VI) / (CR + CM)}] / CR = {(CR−CM) / (CR + CM)} × VI, and the sum and difference of the capacitances CM and CR of the capacitors 35 and 36 An output signal related to the ratio can be obtained.

【0027】このような第一実施例においては、以下の
ようにして測定流体の圧力を検出する。先ず、ダイヤフ
ラム12の受圧面16に測定流体の圧力を作用させると同時
に、空間30内へ各電極穴45, 46, 47に形成されたスルー
ホールのうちの少なくとも一つを通して大気を導き、空
間30内を大気圧とする。この時、ダイヤフラム12はその
受圧面16側と空間30側との差圧により撓む。通常、空間
30側に撓むが、測定流体の圧力が負圧(大気圧以下)の
時は逆側に撓む。次に、このダイヤフラム12の撓みに伴
う各コンデンサー35, 36の電極間距離の変化による各静
電容量CM, CRの変化を計測回路65で捉え、各コンデンサ
ー35, 36の静電容量CM, CRの和と差との比に関連する出
力信号を得る。そして、予めこの出力信号と圧力との関
係のキャリブレーション等を行っておくことにより、検
出された出力信号に相当する測定流体の圧力を得る。
In the first embodiment, the pressure of the measurement fluid is detected as follows. First, at the same time that the pressure of the measurement fluid is applied to the pressure receiving surface 16 of the diaphragm 12, the atmosphere is introduced into the space 30 through at least one of the through holes formed in the electrode holes 45, 46, 47, and the space 30 is introduced. The inside is set to the atmospheric pressure. At this time, the diaphragm 12 bends due to the pressure difference between the pressure receiving surface 16 side and the space 30 side. Usually space
It bends to the 30 side, but to the opposite side when the pressure of the measurement fluid is negative (atmospheric pressure or lower). Next, a change in each capacitance CM, CR due to a change in the distance between the electrodes of each of the capacitors 35, 36 due to the deflection of the diaphragm 12 is captured by the measurement circuit 65, and the capacitance CM, CR of each of the capacitors 35, 36 is captured. To obtain an output signal related to the ratio of the sum to the difference. Then, by calibrating the relationship between the output signal and the pressure in advance, the pressure of the measurement fluid corresponding to the detected output signal is obtained.

【0028】以下、本第一実施例に係る圧力変換素子10
の製造方法の一例を説明する。先ず、製造工程(1)に
おいて、基板11およびダイヤフラム12を適宜な素材、例
えばアルミナセラミクスにより加工成形する。アルミナ
(Al2O3 )は、代表的なファインセラミクス材料であ
り、高融点で硬く、電気的絶縁性に優れている。基板11
の厚みは、通常4mm程度であり、ダイヤフラム12の厚み
は、測定する圧力の圧力レンジやダイヤフラム12の有効
径との関係等によっても異なるが、通常 0.2mm〜 1.0mm
程度である。
Hereinafter, the pressure transducer 10 according to the first embodiment will be described.
An example of a method for manufacturing the device will be described. First, in the manufacturing process (1), the substrate 11 and the diaphragm 12 are processed and formed by using an appropriate material, for example, alumina ceramics. Alumina (Al 2 O 3 ) is a typical fine ceramic material, has a high melting point, is hard, and has excellent electrical insulation. Substrate 11
The thickness of the diaphragm 12 is usually about 4 mm, and the thickness of the diaphragm 12 varies depending on the pressure range of the pressure to be measured, the relationship with the effective diameter of the diaphragm 12, and the like.
It is about.

【0029】次に、製造工程(2)において、基板11お
よびダイヤフラム12に各電極および接合部20を印刷およ
び焼成する。この印刷および焼成は、全てハイブリッド
IC(HIC)の製造技術および製造機械を用いて行う
ことができる。製造工程(2A)において、基板11の表
の面(対向面13)に図2に示すような配置で中央電極3
1、リファレンス電極32、シールド電極33の三つの各電
極および接続用端子39をスクリーン印刷する。印刷材料
は、銀パラジウムペースト等であり、連続炉により 700
〜900 ℃程度の温度で焼成する。焼成厚みは、 5〜10μ
m程度である。この際、各電極穴45〜48を真空チャック
の真空を利用して吸引しておき、印刷中の銀パラジウム
ペーストを内壁面を伝わらせるようにして各電極穴45〜
48の中に流し込む。製造工程(2B)において、基板11
の裏の面(背面15)に図3(A)に示すような配置で各
電極端子41〜44を含む電極パターン40をスクリーン印刷
する。印刷材料は、製造工程(2A)と同一の銀パラジ
ウムペーストであり、焼成方法、焼成厚みも製造工程
(2A)と同様である。この際にも、製造工程(2A)
と同様に、各電極穴45〜48を真空チャックの真空を利用
して吸引しておき、印刷中の銀パラジウムペーストを内
壁面を伝わらせるようにして各電極穴45〜48の中に流し
込む。この対向面13側および背面15側からの真空吸引に
よる流し込みにより、各電極穴45〜48には、図6の断面
に示すように、内壁面にそれぞれ導通部51〜54が形成さ
れ、中心にスルーホールが形成される。また、これらの
各電極穴45〜48に形成されたスルーホールのうち、共通
電極34用の電極穴48は、後述の製造工程(4)で挿入さ
れる導電ペースト25(図4参照)により片側の入口を塞
がれているが、他の中央電極31、リファレンス電極32、
シールド電極33用の電極穴45〜47のうち少なくとも一つ
は、空間30に大気を導くための低圧ポートとして両側の
入口を開放されている。
Next, in the manufacturing process (2), each electrode and the joint 20 are printed and fired on the substrate 11 and the diaphragm 12. This printing and firing can all be performed using a hybrid IC (HIC) manufacturing technique and manufacturing machine. In the manufacturing process (2A), the center electrode 3 is arranged on the front surface (opposing surface 13) of the substrate 11 in an arrangement as shown in FIG.
1. The three electrodes of the reference electrode 32 and the shield electrode 33 and the connection terminal 39 are screen-printed. The printing material is silver palladium paste, etc.
Bake at a temperature of about 900 ° C. Baking thickness is 5 ~ 10μ
m. At this time, each of the electrode holes 45 to 48 is suctioned using the vacuum of the vacuum chuck, and the silver palladium paste being printed is transmitted through the inner wall surface so that each of the electrode holes 45 to 48 is sucked.
Pour into 48. In the manufacturing process (2B), the substrate 11
The electrode pattern 40 including the respective electrode terminals 41 to 44 is screen-printed on the back surface (back surface 15) of FIG. The printing material is the same silver palladium paste as in the manufacturing step (2A), and the firing method and firing thickness are the same as in the manufacturing step (2A). Also in this case, the manufacturing process (2A)
Similarly to the above, each of the electrode holes 45 to 48 is suctioned using the vacuum of the vacuum chuck, and the silver palladium paste being printed is poured into each of the electrode holes 45 to 48 so as to be transmitted along the inner wall surface. As shown in the cross section of FIG. 6, conductive portions 51 to 54 are respectively formed on the inner surfaces of the electrode holes 45 to 48 by pouring by vacuum suction from the facing surface 13 side and the back surface 15 side. A through hole is formed. Further, of the through holes formed in these electrode holes 45 to 48, the electrode hole 48 for the common electrode 34 is formed on one side by the conductive paste 25 (see FIG. 4) inserted in the manufacturing step (4) described later. Is closed, but the other central electrode 31, reference electrode 32,
At least one of the electrode holes 45 to 47 for the shield electrode 33 is opened on both sides as a low-pressure port for guiding the atmosphere into the space 30.

【0030】製造工程(2C)において、基板11の対向
面13にオーバーコートガラス21を図1,4に示した配置
で印刷する。印刷材料は、パシベーションガラス等であ
り、連続炉により 700〜900 ℃程度の温度で焼成する。
焼成厚みは、20〜28μm程度である。製造工程(2D)
において、オーバーコートガラス21の上(図1,4に示
した配置)にスペーサーとして機能する高融点ガラス22
を印刷する。印刷材料は、ガラスペーストであり、連続
炉により 700〜900 ℃程度の温度で焼成する。焼成厚み
は、20〜50μm程度であるが、圧力センサーのレンジに
よりこの厚みは異なる。製造工程(2E)において、さ
らにオーバーコートガラス21の上に、製造工程(2D)
で印刷した高融点ガラス22の内側および外側を囲うよう
な配置、換言すると高融点ガラス22の両側に跨がった配
置(図1,4に示した配置)で接合用の低融点ガラス23
を印刷し、乾燥させる。この際、同時に電極穴48の対応
位置に空間24が形成されるように、この部分を除いたマ
スクで印刷を行う。印刷材料は、ガラスペーストであ
り、乾燥厚みは、20〜50μm程度であるが、圧力センサ
ーの計測レンジによりこの厚みは異なる。
In the manufacturing process (2C), the overcoat glass 21 is printed on the facing surface 13 of the substrate 11 in the arrangement shown in FIGS. The printing material is passivation glass or the like, and is fired in a continuous furnace at a temperature of about 700 to 900 ° C.
The fired thickness is about 20 to 28 μm. Manufacturing process (2D)
In the above, a high melting point glass 22 functioning as a spacer is placed on the overcoat glass 21 (arrangement shown in FIGS. 1 and 4).
Print. The printing material is a glass paste, which is fired in a continuous furnace at a temperature of about 700 to 900 ° C. The calcined thickness is about 20 to 50 μm, but this thickness varies depending on the range of the pressure sensor. In the manufacturing process (2E), the manufacturing process (2D)
In the arrangement surrounding the inside and the outside of the high melting point glass 22 printed in the above, in other words, in the arrangement straddling both sides of the high melting point glass 22 (the arrangement shown in FIGS. 1 and 4), the low melting point glass 23 for joining is used.
Print and dry. At this time, printing is performed with a mask excluding this portion so that the space 24 is formed at a position corresponding to the electrode hole 48 at the same time. The printing material is a glass paste, and the dry thickness is about 20 to 50 μm, but this thickness varies depending on the measurement range of the pressure sensor.

【0031】一方、製造工程(2F)において、ダイヤ
フラム12の対向面14に図2に示すような円状の共通電極
34を印刷する。印刷材料は、例えば金レジネートであ
り、連続炉により700 〜900 ℃程度の温度で焼成する。
焼成厚みは、 0.5〜 1μm程度である。製造工程(2
G)において、ダイヤフラム12の対向面14に、製造工程
(2E)で印刷した接合用の低融点ガラス23と同じ材料
を図1,4に示した配置で印刷し、乾燥させる。乾燥厚
みは、20〜50μm程度であるが、圧力センサーの計測レ
ンジにより異なる。なお、低融点ガラス23は、次の製造
工程(3)における焼成により乾燥厚みに対して焼成後
の厚みが大幅に減少してしまうため、その分を考慮した
印刷が行われる。また、製造工程(2E)または製造工
程(2G)のいずれか一方における低融点ガラス23の印
刷を省略し、基板11側またはダイヤフラム12側の片方の
みに低融点ガラス23を印刷して接合を行う場合もあり、
要するに低融点ガラス23は、次の製造工程(3)におけ
る焼成後に図4に示した断面配置形状になるように少な
くとも一方の側に印刷される。
On the other hand, in the manufacturing process (2F), a circular common electrode as shown in FIG.
Print 34. The printing material is, for example, a gold resinate, which is fired at a temperature of about 700 to 900 ° C. in a continuous furnace.
The calcined thickness is about 0.5 to 1 μm. Manufacturing process (2
In G), the same material as the low-melting glass 23 for bonding printed in the manufacturing step (2E) is printed on the facing surface 14 of the diaphragm 12 in the arrangement shown in FIGS. The dry thickness is about 20 to 50 μm, but depends on the measurement range of the pressure sensor. The low-melting glass 23 has a greatly reduced thickness after baking compared to its dry thickness due to baking in the next manufacturing step (3). In addition, printing of the low-melting glass 23 in one of the manufacturing process (2E) and the manufacturing process (2G) is omitted, and the low-melting glass 23 is printed on only one of the substrate 11 side and the diaphragm 12 side to perform bonding. In some cases,
In short, the low-melting glass 23 is printed on at least one side so as to have the cross-sectional arrangement shape shown in FIG. 4 after firing in the next manufacturing step (3).

【0032】続いて、製造工程(3)において、各対向面1
3、14が向かい合うように基板11とダイヤフラム12とを合
わせ、低融点ガラス23を焼成してこれらを接合する。焼
成温度は、約600〜700℃である。その後、製造工程(4)
において、電極穴48に形成されたスルーホールを通して
導電ペースト25(図4参照)を細い線の先等に付けて空
間24に挿入し、これを焼成して共通電極34と基板11の背
面15に設けられたその電極端子44との導通を行う。焼成
は、通常600℃以下の温度で行う。最後に、製造工程(5)
において、基板11の背面15の各回路パス61〜64の一端が
集中する箇所、すなわちワンチップIC60の足の位置に
相当する箇所に、ワンチップIC60の内部の計測回路65
を接続するためのピンをハンダ付けして立て、ここにワ
ンチップIC60を搭載する。
Subsequently, in the manufacturing process (3), each facing surface 1
The substrate 11 and the diaphragm 12 are combined so that the substrates 3 and 14 face each other, and the low-melting glass 23 is baked to join them. The firing temperature is about 600-700 ° C. After that, the manufacturing process (4)
Then, a conductive paste 25 ( see FIG. 4 ) is applied to the space 24 through a through hole formed in the electrode hole 48 and attached to the tip of a thin line and the like. Conduction with the provided electrode terminal 44 is performed. The firing is usually performed at a temperature of 600 ° C. or less. Finally, the manufacturing process (5)
At a position where one end of each of the circuit paths 61 to 64 on the back surface 15 of the substrate 11 is concentrated, that is, at a position corresponding to the position of the foot of the one-chip IC 60, a measurement circuit 65 inside the one-chip IC 60 is provided.
Are mounted by soldering, and the one-chip IC 60 is mounted thereon.

【0033】このような第一実施例によれば、次のよう
な効果がある。すなわち、基板11側の電極を中央電極3
1、リファレンス電極32、シールド電極33に三分割した
ので、接合部20近傍の基板11の材料であるセラミクスや
接合部20を構成する低融点ガラス23等の影響は、一番外
側すなわち接合部20側のコンデンサー37(静電容量CS)
のみが受け、この内側のコンデンサー35, 36(静電容量
CM, CR)はこれらの影響を受けないものとすることがで
きる。つまり、接合部20の存在によりシールド電極33と
共通電極34とを結ぶ電気力線は外側に膨らむように形成
され、静電容量CSがセラミクスや低融点ガラス23等の湿
度変化による誘電率変化の影響を受けるのに対し、中央
電極31およびリファレンス電極32と共通電極34とを結ぶ
電気力線は空間30内に略真っ直ぐに形成される正常なも
のとなり、静電容量CM, CRは空間30の大気の誘電率のみ
の影響を受けることになる。このため、一番外側すなわ
ち接合部20側のシールド電極33を計測には使用せずに接
地用とし、この内側の中央電極31およびリファレンス電
極32により計測を行うことで、前述のセラミクスや低融
点ガラス23等の影響を受けずに精度良く計測を行うこと
ができる。
According to the first embodiment, the following effects can be obtained. That is, the electrode on the substrate 11 side is
1, since the reference electrode 32 and the shield electrode 33 are divided into three, the influence of the ceramics, which is the material of the substrate 11 near the bonding portion 20, and the low melting point glass 23 forming the bonding portion 20, etc. Side condenser 37 (capacitance CS)
Only the inner capacitors 35, 36 (capacitance
CM, CR) may not be affected by these. That is, due to the presence of the joint portion 20, the electric lines of force connecting the shield electrode 33 and the common electrode 34 are formed so as to bulge outward, and the capacitance CS changes in the dielectric constant due to a change in humidity of the ceramics, the low melting point glass 23, and the like. On the other hand, the lines of electric force connecting the central electrode 31 and the reference electrode 32 to the common electrode 34 become normal in a substantially straight manner in the space 30, and the capacitances CM and CR are It will be affected only by the dielectric constant of the atmosphere. For this reason, the outermost, that is, the shield electrode 33 on the side of the joint 20 is not used for measurement but is used for grounding, and measurement is performed using the central electrode 31 and the reference electrode 32 on the inner side. Measurement can be performed accurately without being affected by the glass 23 and the like.

【0034】また、図5に示されるように、回路70によ
り出力端子78の電圧VはV∝VO={(CR−CM)/(CR+
CM)}×VIとなり、各コンデンサー35, 36の静電容量C
M, CRの和と差との比に関連する出力信号を得ることが
できるので、空間30の大気の誘電率が温度、湿度等の影
響を受けて変化し、これに伴い静電容量CM, CRが変化し
た場合でも、この影響を補正することができ、前述のシ
ールド電極33を設けたことによる効果に加え、さらに測
定精度を向上させることができる。つまり、静電容量C
M, CRは、それぞれ電極面積をAM, AR、電極間距離をDM,
DR、その変化量をDMP, DRP(DMP > DRP)とすると、 CM=ε×AM/(DM−DMP ),CR=ε×AR/(DR−DRP ) となるが、ここで誘電率εが空間30の大気の温度、湿度
等の影響を受けて変化しても、出力端子78の電圧Vが静
電容量CM, CRの和と差との比となっているので、この影
響をキャンセルすることができる。
As shown in FIG. 5, the voltage V at the output terminal 78 is given by the circuit 70 as V は VO = {(CR-CM) / (CR +
CM)} × VI, and the capacitance C of each capacitor 35, 36
Since an output signal related to the ratio of the sum and difference of M and CR can be obtained, the dielectric constant of the atmosphere in the space 30 changes under the influence of temperature, humidity, etc., and accordingly, the capacitance CM, Even if CR changes, this effect can be corrected, and the measurement accuracy can be further improved in addition to the effect provided by providing the shield electrode 33 described above. That is, the capacitance C
M and CR represent the electrode area AM and AR, and the distance between the electrodes DM and
Assuming that DR and its change amount are DMP and DRP (DMP> DRP), CM = ε × AM / (DM−DMP) and CR = ε × AR / (DR−DRP), where the dielectric constant ε is Even if it changes under the influence of the temperature, humidity, etc. of the atmosphere in the space 30, since the voltage V of the output terminal 78 is the ratio of the sum and difference of the capacitances CM and CR, this effect is canceled. be able to.

【0035】また、中央電極31を円状に形成し、リファ
レンス電極32およびシールド電極33を閉じた円環状に形
成するので、容易に製造することができる。さらに、共
通電極34を円状に形成したので、基板11とダイヤフラム
12との接合時にその方向性を考慮することなく接合作業
を行うことができるので、製造を容易なものとすること
ができる。そして、この円状の共通電極34の外縁部38
は、基板11側の一番外側のシールド電極33の外縁の位置
よりも外側に位置しているので、これにより基板11の背
面15への共通電極34用の電極端子44の取り出しを容易に
実現することができる。
Further, since the center electrode 31 is formed in a circular shape, and the reference electrode 32 and the shield electrode 33 are formed in a closed annular shape, it can be easily manufactured. Furthermore, since the common electrode 34 is formed in a circular shape, the substrate 11 and the diaphragm
Since the joining operation can be performed without considering its direction when joining with 12, the manufacturing can be facilitated. The outer edge 38 of the circular common electrode 34
Is located outside the outer edge of the outermost shield electrode 33 on the substrate 11 side, so that the electrode terminal 44 for the common electrode 34 on the back surface 15 of the substrate 11 can be easily taken out. can do.

【0036】また、シールド電極33が設けられているの
で、湿度の増加に伴って基板11の材料であるセラミクス
や接合部20を構成する低融点ガラス23等の縁面抵抗が低
下した場合にリファレンス電極32から共通電極34へ流れ
る漏れ電流(リーク電流)をシールド電極33により吸収
することができる。このシールド電極33は、計測には使
用されていないため、結局、シールド電極33の設置によ
り計測における湿度の影響を少なくすることができる。
Further, since the shield electrode 33 is provided, when the humidity as the humidity increases, the ceramics as the material of the substrate 11 and the edge resistance of the low-melting glass 23 and the like forming the joint 20 are reduced. Leakage current (leakage current) flowing from the electrode 32 to the common electrode 34 can be absorbed by the shield electrode 33. Since the shield electrode 33 is not used for measurement, the effect of humidity on measurement can be reduced by providing the shield electrode 33 after all.

【0037】また、接合部20は、スペーサーとして機能
する高融点ガラス22を有し、この周囲に接合用の低融点
ガラス23が配置された構成となっているので、高融点ガ
ラス22の厚みを調整することで、基板11とダイヤフラム
12との間隔、つまりは電極間距離Tを平行かつ所定の間
隔に容易に設定することができる。さらに、接合部20
は、オーバーコートガラス21を有し、これはシールド電
極33と共通電極34との縁面距離を大きくし、縁面抵抗を
増大させるため、これらの間の漏れ電流を減少させるこ
とができる。そして、このオーバーコートガラス21をシ
ールド電極33の一部分だけでなく、中央電極31やリファ
レンス電極32も覆うように印刷することで、ダイヤフラ
ム12が過変形した場合に、これらの電極と共通電極34と
が短絡してしまうことを防止することができる。また、
オーバーコートガラス21は、シールド電極33の一部分を
覆い、リファレンス電極32側の一部分が空間30の大気に
直接露出しているので、リファレンス電極32から漏れ電
流が発生した場合にこれを吸収しやすい構造となってい
る。このため、前述したシールド電極33による接合部20
の縁面に沿ったリファレンス電極32から共通電極34への
漏れ電流の防止効果を向上させることができる。さら
に、低融点ガラス23およびオーバーコートガラス21に予
め空間24が設けられているので、共通電極34の外部取り
出し用の導電ペースト25を挿入する時にこれが空間30に
はみ出してしまうという不都合を未然に防止することが
できる。
The joining portion 20 has a high-melting glass 22 functioning as a spacer, and a low-melting glass 23 for joining is disposed around the high-melting glass 22. By adjusting, the substrate 11 and the diaphragm
12, the distance T between the electrodes can be easily set to a parallel and predetermined distance. In addition, joint 20
Has an overcoat glass 21, which increases the edge distance between the shield electrode 33 and the common electrode 34 and increases the edge resistance, so that the leakage current between them can be reduced. Then, by printing this overcoat glass 21 so as to cover not only a part of the shield electrode 33 but also the central electrode 31 and the reference electrode 32, when the diaphragm 12 is over-deformed, these electrodes and the common electrode 34 Can be prevented from being short-circuited. Also,
The overcoat glass 21 covers a part of the shield electrode 33 and a part of the reference electrode 32 side is directly exposed to the atmosphere in the space 30, so that when a leakage current is generated from the reference electrode 32, it is easily absorbed. It has become. For this reason, the bonding portion 20 by the shield electrode 33 described above is used.
The effect of preventing a leakage current from the reference electrode 32 to the common electrode 34 along the edge surface of the semiconductor device can be improved. Further, since the space 24 is provided in advance in the low-melting glass 23 and the overcoat glass 21, the inconvenience that the conductive paste 25 for taking out the common electrode 34 from outside is inserted into the space 30 is prevented beforehand. can do.

【0038】また、基板11の背面15に設けられた電極パ
ターン40において、シールド電極33用の電極端子43と導
通された回路パス63A,63B は、共通電極34用の電極端子
44を含む回路パス64を囲むように配置されており、中央
電極31用の電極端子41を含む回路パス61およびリファレ
ンス電極32用の電極端子42を含む回路パス62と、共通電
極34用の電極端子44を含む回路パス64とは、接地電極と
しての回路パス63A,63B により互いに隔離された配置状
態となっている。このため、電極パターン40に接する大
気の湿度が増加した場合に、中央電極31用の回路パス61
およびリファレンス電極32用の回路パス62から共通電極
34用の回路パス64への漏れ電流をシールド電極33用の回
路パス63A,63B により吸収することができ、精度のよい
計測を行うことができる。
In the electrode pattern 40 provided on the back surface 15 of the substrate 11, the circuit paths 63A and 63B conducted to the electrode terminal 43 for the shield electrode 33 are connected to the electrode terminal for the common electrode 34.
A circuit path 62 including an electrode terminal 41 for the center electrode 31 and a circuit path 62 including an electrode terminal 42 for the reference electrode 32, and an electrode for the common electrode 34 are arranged so as to surround a circuit path 64 including 44. The circuit path 64 including the terminal 44 is in a state of being separated from each other by circuit paths 63A and 63B as ground electrodes. For this reason, when the humidity of the atmosphere in contact with the electrode pattern 40 increases, the circuit path 61 for the center electrode 31
And common electrode from circuit path 62 for reference electrode 32
The leakage current to the circuit path 64 for 34 can be absorbed by the circuit paths 63A and 63B for the shield electrode 33, and accurate measurement can be performed.

【0039】また、このような電極パターン40の配置に
より大気の湿度変化の影響を減少させることで、従来の
ような漏れ電流の影響が無視できる程度の大きな静電容
量変化を得るために圧力センサーが大型化するという不
都合を防止することができる。さらに、従来のように湿
度変化の影響を減少させるために電極パターン40に接す
る大気を密封する必要がなくなり、密封用部品、密封工
程を削減することができるので、コストダウンすること
ができるうえ、密封のためのスペースも不要となるた
め、この点からも圧力センサーを小型化することができ
る。そして、低圧ポートである各電極穴45, 46, 47に形
成されたスルーホールのうちの少なくとも一つの入口部
分を除いて、電極パターン40を覆うように基板11の背面
15に溶融樹脂等を滴下して閉塞する処理、いわゆるポッ
ティングを施すことで、厳しい環境においても使用可能
なものとすることができる。ポッティング材料には、ポ
リウレタン樹脂等を用いることができる。また、このよ
うな電極パターン40の配置により、前述したような外乱
の影響を減少させることができるため、微弱電流を検出
することができる。このため、増幅素子の増幅感度を上
げ、圧力変換素子10を微小容量のものとすることができ
るので、圧力センサーを小型化することができる。
The arrangement of the electrode pattern 40 reduces the influence of changes in atmospheric humidity, thereby obtaining a large change in capacitance such that the influence of leakage current is negligible. Can be prevented from becoming large. Furthermore, it is not necessary to seal the atmosphere in contact with the electrode pattern 40 in order to reduce the influence of a change in humidity as in the related art, so that the number of sealing parts and sealing steps can be reduced, so that the cost can be reduced. Since no space is required for sealing, the pressure sensor can be downsized from this point as well. Then, except for at least one of the through holes formed in the electrode holes 45, 46, and 47, which are low-pressure ports, the rear surface of the substrate 11 covers the electrode pattern 40.
By applying a process of so-called potting for dropping and closing a molten resin or the like on the 15, it can be used even in a severe environment. A polyurethane resin or the like can be used as the potting material. Further, since the arrangement of the electrode patterns 40 can reduce the influence of the disturbance as described above, a weak current can be detected. For this reason, the amplification sensitivity of the amplification element can be increased, and the pressure conversion element 10 can have a very small capacity, so that the pressure sensor can be downsized.

【0040】また、空間30に測定の基準圧となる大気を
導く通路(低圧ポート)を、各電極穴45, 46, 47に形成
されたスルーホールを利用して確保しているので、基板
11の背面15側の電極パターン40と対向面13側の各電極と
を導通する製造工程(2A),(2B)のみで低圧ポー
トを確保することができ、低圧ポートを形成するための
別の製造工程を省略することができる。
Further, a passage (low-pressure port) for guiding the atmosphere serving as a reference pressure for measurement into the space 30 is ensured by using the through holes formed in the electrode holes 45, 46, 47, so that the substrate
A low-pressure port can be secured only in the manufacturing steps (2A) and (2B) in which the electrode pattern 40 on the back surface 15 side of the 11 and the respective electrodes on the opposing surface 13 are conducted. The manufacturing process can be omitted.

【0041】さらに、計測回路65を全てワンチップIC
60の内部に収め、このワンチップIC60を基板11の背面
15上の電極パターン40に直接に搭載したので、従来例の
ような別部材として設けられたプリント基板等の上に多
数の部品で構成された計測回路を搭載する場合に比べ、
計測回路を構成する部品自体の削減、およびこれらを搭
載するプリント基板等の部材の省略を図ることができ、
部品点数を削減することができる。このため、これらの
計測回路を構成する部品やプリント基板等の装着工程が
削減されて製造工程を簡略化することができるうえ、プ
リント基板等の設置スペースを省略できるので、圧力セ
ンサーを小型化することができる。
Further, the measuring circuit 65 is entirely a one-chip IC.
60, and put this one-chip IC 60 on the back of the substrate 11.
Since it is directly mounted on the electrode pattern 40 on 15, compared to the case where a measurement circuit composed of many components is mounted on a printed circuit board etc. provided as a separate member as in the conventional example,
It is possible to reduce the number of components constituting the measurement circuit and to omit components such as a printed circuit board on which the components are mounted,
The number of parts can be reduced. For this reason, the number of mounting steps of components and a printed circuit board and the like constituting these measuring circuits is reduced, so that the manufacturing process can be simplified, and the installation space for the printed circuit board and the like can be omitted, so that the pressure sensor can be downsized. be able to.

【0042】また、基板11の背面15側の電極パターン40
と、対向面13側の中央電極31、リファレンス電極32、シ
ールド電極33、および接続用端子39とは、ともに低粘度
で延びのよい銀パラジウムペーストにより印刷されてい
るので、確実にこれらの導通を行うことができる。そし
て、これらの組合せとして一般的に行われている金レジ
ネートと銀パラジウムペーストとの導通において起こる
不都合、すなわち異種材料でかつ金レジネートの焼成後
の厚みが薄いことから、これらの異種材料が互いに接す
る部分で、片側の材料である金レジネートが、他方の材
料である銀パラジウムペーストの中に拡散してなくなっ
てしまういわゆる金側の食われ現象が発生して導通不良
を起こすという不都合を解消することができる。さら
に、基板11の背面15側の電極パターン40と、対向面13側
の中央電極31、リファレンス電極32、シールド電極33、
および接続用端子39との両側を金レジネートで印刷し、
各電極穴45〜48のスルーホール処理を行うと、金レジネ
ートが薄く仕上がるため導通部51〜54の印刷量が極めて
少なくなり、導通不良が発生することがあるが、本実施
例のように両側を銀パラジウムペーストとしたスルーホ
ール処理では、このような不都合を生じることはなく、
確実に導通を行うことができる。
The electrode pattern 40 on the back surface 15 side of the substrate 11
The central electrode 31, the reference electrode 32, the shield electrode 33, and the connection terminal 39 on the side of the facing surface 13 are all printed with a low-viscosity silver-palladium paste with good viscosity, so that conduction between them is ensured. It can be carried out. The inconvenience that occurs in the conduction between the gold resinate and the silver palladium paste, which is generally performed as a combination of these materials, that is, the different materials are in contact with each other because the thickness after firing of the gold resinate is thin. To eliminate the inconvenience of the so-called gold side erosion phenomenon, in which the gold resinate on one side diffuses into the silver-palladium paste on the other side and disappears, causing a conduction failure. Can be. Further, the electrode pattern 40 on the back surface 15 side of the substrate 11, the central electrode 31, the reference electrode 32, the shield electrode 33 on the facing surface 13 side,
And printing both sides with the connection terminal 39 with gold resinate,
When the through-hole processing of each of the electrode holes 45 to 48 is performed, the printed amount of the conductive portions 51 to 54 becomes extremely small because the gold resinate is finished thinly, and poor conduction may occur. In the through-hole treatment with silver-palladium paste, such inconvenience does not occur,
Conduction can be reliably performed.

【0043】図7及び図8には、本発明の第二実施例に
係る静電容量式の圧力変換素子100が示されている。圧
力変換素子100 は、ワンチップICに内蔵される計測回
路を除いてその構成、作用等が前述した第一実施例と略
同一であり、製造方法も同一である。従って、同一部分
には同じ符号を付して詳しい説明は省略し、異なる部分
のみ説明する。図7には、圧力変換素子100 の本体10A
とこの本体10A 内に形成された各コンデンサー35, 36,
37の静電容量CM, CR, CSの変化を計測する計測回路165
との接続状態が示されており、図8には、その計測原理
が示されている。また、基板11の背面15には、前述の図
3(A)に示した第一実施例と同一の電極パターン40が
形成されており、この電極パターン40に計測回路165 を
内蔵したワンチップIC160 が直接に搭載されている。
FIGS. 7 and 8 show a capacitive pressure transducer 100 according to a second embodiment of the present invention. The configuration, operation, and the like of the pressure conversion element 100 are substantially the same as those of the above-described first embodiment except for the measurement circuit built in the one-chip IC, and the manufacturing method is also the same. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and only different portions will be described. FIG. 7 shows the main body 10A of the pressure transducer 100.
And the condensers 35, 36,
Measuring circuit 165 to measure changes in capacitance CM, CR, CS of 37
FIG. 8 shows the measurement principle. On the back surface 15 of the substrate 11, the same electrode pattern 40 as that of the first embodiment shown in FIG. 3A is formed, and a one-chip IC 160 incorporating a measuring circuit 165 in the electrode pattern 40 is formed. Is directly mounted.

【0044】図7および図8において、計測回路165 は
発振器(交流電源)170 を備え、この発振器170 からの
電圧は、オペアンプ171,172 を通して正確な正・反転信
号としてコンデンサー35(静電容量CM)、コンデンサー
36(静電容量CR)に印加される。この際、コンデンサー
35, 36の両電極間に発生する電圧VM, VRは、それぞれ、
dVM /dt=IM/CM、 dVR/dt=IR/CRを満たす値とな
り、各コンデンサー35,36に流れる電流IM, IRは、各静
電容量CM, CRに比例した値となる。なお、発振器170 に
より印加される信号は、正弦波であっても、三角形波で
あってもよい。これにより、増幅素子であるオペアンプ
173 の入力端子174 には、各コンデンサー35, 36の静電
容量の差(CM−CR)に比例した電流Iが流れる。従っ
て、各静電容量CM, CRを略等しく設定しておき、測定流
体の圧力によるダイヤフラム12の撓みに応じた各静電容
量CM, CRの変化量ΔCM, ΔCRをΔCM>ΔCRとなるように
各コンデンサー35, 36を配置することで、すなわちダイ
ヤフラム12の撓み量の大きい中央側にコンデンサー35
(静電容量CM)を配置することで、オペアンプ173 の出
力端子175 に、ダイヤフラム12の受圧面16に作用する測
定流体の圧力の関数としての出力信号を得ることができ
る。
7 and 8, the measuring circuit 165 includes an oscillator (AC power supply) 170. The voltage from the oscillator 170 is passed through operational amplifiers 171 and 172 as a correct positive / inverted signal as a capacitor 35 (capacitance CM). condenser
36 (capacitance CR). At this time, a condenser
The voltages VM and VR generated between the electrodes 35 and 36 are
The values satisfy dVM / dt = IM / CM and dVR / dt = IR / CR, and the currents IM and IR flowing through the capacitors 35 and 36 are values proportional to the respective capacitances CM and CR. The signal applied by the oscillator 170 may be a sine wave or a triangular wave. As a result, the operational amplifier
A current I proportional to the difference between the capacitances of the capacitors 35 and 36 (CM-CR) flows through the input terminal 174 of the 173. Therefore, the capacitances CM and CR are set to be substantially equal, and the amounts of change ΔCM and ΔCR of the capacitances CM and CR according to the deflection of the diaphragm 12 due to the pressure of the measurement fluid are set so that ΔCM> ΔCR. By arranging the condensers 35 and 36, that is, the condenser 35 is disposed on the central side where the amount of deflection of the diaphragm 12 is large.
By disposing the (capacitance CM), an output signal as a function of the pressure of the measurement fluid acting on the pressure receiving surface 16 of the diaphragm 12 can be obtained at the output terminal 175 of the operational amplifier 173.

【0045】図7中の点線は、各電極間に走る電気力線
を示しており、発振器170 の信号に応じて一定周期で方
向を逆転させながらこのような状態の電気力線が形成さ
れるようになっている。シールド電極33用の電極端子43
と導通された回路パス63A,63B (図3参照)は、共通電
極34用の電極端子44を含む回路パス64を囲むように配置
され(図8中点線に相当)、接地用端子176,177 からバ
ッファ素子178 に接続されて接地されている。これらの
接地用端子176,177 は、オペアンプ173 の入力端子174
と、各オペアンプ171,172 からの信号印加用端子179,18
0 とを隔てるように配置されている。
The dotted lines in FIG. 7 indicate the lines of electric force running between the electrodes, and the lines of electric force in such a state are formed while reversing the direction at a constant period according to the signal of the oscillator 170. It has become. Electrode terminal 43 for shield electrode 33
The circuit paths 63A and 63B (see FIG. 3) which are electrically connected to the circuit path 64 are disposed so as to surround the circuit path 64 including the electrode terminal 44 for the common electrode 34 (corresponding to the dotted line in FIG. 8), and the buffer paths from the ground terminals 176 and 177 Connected to element 178 and grounded. These ground terminals 176 and 177 are connected to the input terminal 174 of the operational amplifier 173.
And the signal application terminals 179, 18 from the operational amplifiers 171, 172
It is arranged to be separated from 0.

【0046】このような第二実施例によれば、前述した
第一実施例と略同様に高精度の計測、圧力センサーの小
型化等の効果を得ることができる。また、本第二実施例
では、各コンデンサー35, 36の静電容量の差(CM−CR)
として出力を検出するので、前述した第一実施例のよう
な空間30の大気の温度変化や湿度変化等による誘電率変
化の影響の回避はできないが、シールド電極33が設けら
れているので、第一実施例と同様にセラミクスや低融点
ガラス23等の影響は回避することができる。そして、本
第二実施例では、前述した第一実施例に比べ簡易な回路
で上記の各効果を実現することができる。
According to the second embodiment, effects such as high-precision measurement and downsizing of the pressure sensor can be obtained in substantially the same manner as in the first embodiment. In the second embodiment, the difference between the capacitances of the capacitors 35 and 36 (CM-CR)
Since the output is detected as above, it is not possible to avoid the influence of a change in the dielectric constant due to a change in the temperature or humidity of the atmosphere in the space 30 as in the first embodiment described above, but since the shield electrode 33 is provided, As in the case of the embodiment, the influence of the ceramics, the low-melting glass 23 and the like can be avoided. In the second embodiment, each of the above effects can be realized with a simpler circuit than in the first embodiment.

【0047】図9から図11には、本発明の第三実施例
に係る静電容量式の圧力変換素子200 が示されている。
圧力変換素子200 は、ワンチップICに内蔵される計測
回路および基板の背面の電極パターンを除いてその構
成、作用等が前述した第一実施例および第二実施例と略
同一であり、製造方法も同一である。従って、同一部分
には同じ符号を付して詳しい説明は省略し、異なる部分
のみ説明する。図9には、圧力変換素子200 の電極パタ
ーン240 の詳細構成が示されており、図10には、圧力
変換素子200 の本体10A とこの本体10A 内に形成された
各コンデンサー35, 36, 37の静電容量CM, CR, CSの変化
を計測する計測回路265 との接続状態が示されており、
図11には、その計測原理が示されている。
FIGS. 9 to 11 show a capacitance type pressure conversion element 200 according to a third embodiment of the present invention.
The pressure transducer 200 has substantially the same configuration, operation, and the like as those of the above-described first and second embodiments, except for a measurement circuit built in the one-chip IC and an electrode pattern on the back surface of the substrate. Are the same. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and only different portions will be described. FIG. 9 shows the detailed configuration of the electrode pattern 240 of the pressure transducer 200. FIG. 10 shows the main body 10A of the pressure transducer 200 and the capacitors 35, 36, 37 formed in the main body 10A. The state of connection with the measuring circuit 265 for measuring changes in the capacitances CM, CR, and CS of FIG.
FIG. 11 shows the measurement principle.

【0048】図9において、圧力変換素子200 の基板11
の背面15には、前述の第一実施例および第二実施例とは
異なる電極パターン240 が設けられており、この電極パ
ターン240 に直接にワンチップIC260 が搭載されるよ
うになっていて、図9は、このワンチップIC260 を搭
載する前の状態である。本第三実施例の電極パターン24
0 は、前記第一、第二実施例の電極パターン40(図3参
照)と同じ位置に中央電極31、リファレンス電極32、シ
ールド電極33、および共通電極34用の各電極端子41, 4
2, 43, 44を有しており、このうちの電極端子41, 42, 4
4からワンチップIC260 の足(ピン)の位置に導かれ
た鍵形の各回路パス261,262,264 も前記第一、第二実施
例の各回路パス61, 62, 64と同じ配置形状となってい
る。また、電極端子43に導通され、基板11の背面15の外
縁部にリング状に形成された回路パス263Aも前記第一、
第二実施例の回路パス63A と同じ配置形状となってい
る。ところが、本第三実施例の電極パターン240 は、前
記第一、第二実施例の電極パターン40の回路パス63B と
は異なる配置形状の回路パス263Bを有している。すなわ
ち、前記第一、第二実施例の電極パターン40の回路パス
63B が、リング状の回路パス63A の図3中左側部分の内
側に接続され、かつ共通電極34用の電極端子44および回
路パス64を囲むように配置されているのに対し、本第三
実施例の電極パターン240 の回路パス263Bは、リング状
の回路パス263Aの図9中右側部分の内側突出部に接続さ
れ、かつ中央電極31用の電極端子41を含む回路パス261
およびリファレンス電極32用の電極端子42を含む回路パ
ス262 をそれぞれ別々に所定間隔をおいて囲むように配
置されている。また、この回路パス263Bは、各回路パス
261,262,264 の先端と交互の配置位置となるワンチップ
IC260 の足の位置を通過していて後述の接地用端子27
7,278,279 に接続されるようになっている。これらのシ
ールド電極33用の電極端子43と導通された各回路パス26
3A,263B は、接地されている。したがって、共通電極34
用の電極端子44を含む回路パス264 と、中央電極31用の
電極端子41を含む回路パス261 およびリファレンス電極
32用の電極端子42を含む回路パス262 とは、接地電極と
しての回路パス263A,263B により互いに隔離された配置
状態となっている。このため、これらの間の絶縁抵抗低
下によるリーク電流の増加の影響を低減できるようにな
っている。
In FIG. 9, the substrate 11 of the pressure transducer 200
An electrode pattern 240 different from those of the first embodiment and the second embodiment is provided on the back surface 15 of the first embodiment, and the one-chip IC 260 is directly mounted on the electrode pattern 240. Reference numeral 9 denotes a state before the one-chip IC 260 is mounted. Electrode pattern 24 of the third embodiment
0 denotes the respective electrode terminals 41, 4 for the center electrode 31, the reference electrode 32, the shield electrode 33, and the common electrode 34 at the same positions as the electrode patterns 40 (see FIG. 3) of the first and second embodiments.
2, 43, 44, of which electrode terminals 41, 42, 4
The key-shaped circuit paths 261, 262, 264 guided to the positions of the feet (pins) of the one-chip IC 260 from 4 also have the same arrangement shape as the circuit paths 61, 62, 64 of the first and second embodiments. Further, the circuit path 263A which is electrically connected to the electrode terminal 43 and is formed in a ring shape on the outer edge of the back surface 15 of the substrate 11 is also the first,
It has the same arrangement shape as the circuit path 63A of the second embodiment. However, the electrode pattern 240 of the third embodiment has a circuit path 263B having a different arrangement shape from the circuit path 63B of the electrode pattern 40 of the first and second embodiments. That is, the circuit path of the electrode pattern 40 of the first and second embodiments
63B is connected to the inside of the left side of FIG. 3 of the ring-shaped circuit path 63A and is arranged so as to surround the electrode terminal 44 for the common electrode 34 and the circuit path 64. The circuit path 263B of the example electrode pattern 240 is connected to the inside protruding portion of the ring-shaped circuit path 263A on the right side in FIG. 9 and includes the electrode terminal 41 for the center electrode 31.
The circuit paths 262 including the electrode terminals 42 for the reference electrode 32 are separately arranged at predetermined intervals. Also, this circuit path 263B
26, 262, 264, which pass through the position of the foot of the one-chip IC 260, which is alternately disposed,
7,278,279. Each circuit path 26 electrically connected to the electrode terminal 43 for these shield electrodes 33
3A and 263B are grounded. Therefore, the common electrode 34
The circuit path 264 including the electrode terminal 44 for the central electrode 31 and the circuit path 261 including the electrode terminal 41 for the center electrode 31 and the reference electrode
The circuit path 262 including the electrode terminal 42 for 32 is arranged so as to be isolated from each other by circuit paths 263A and 263B as ground electrodes. Therefore, it is possible to reduce the influence of an increase in leakage current due to a decrease in insulation resistance therebetween.

【0049】図10および図11において、本第三実施
例に係る計測回路265 は、前記第二実施例の計測回路16
5 とは異なり、共通電極34側から電源が印加されてい
る。計測回路265 は発振器(交流電源)270 を備え、こ
の発振器270 の信号をコンデンサー35(静電容量CM)、
コンデンサー36(静電容量CR)に共通電極34から印加
し、これらを励振させて電流Iを流す。この時、各静電
容量CM, CRに比例した電流IM, IRが入力端子271,272 に
流れる。この入力信号をそれぞれオペアンプ273,274 に
より増幅し、その差分を演算回路275 で演算して出力端
子276 に出力する。これにより、出力端子276 にダイヤ
フラム12の受圧面16に作用する測定流体の圧力の関数と
しての出力信号を得ることができる。なお、発振器270
により印加される信号は、正弦波であっても、三角形波
であってもよい。ここで、具体的数値の一例を示すと、
圧力センサーの仕様が 0〜2000mmH2O 程度である場合に
は、発振器270 から交流の信号が印加され、各静電容量
CM, CRを例えば30pFとすると、ダイヤフラム12の撓みに
よって、通常コンデンサー35の静電容量CMは 6〜 8pF程
度変化し、一方、コンデンサー36の静電容量CRは 1〜2p
F変化し、両方の静電容量の差は、 5〜 6pF程度のもの
となる。
10 and 11, the measuring circuit 265 according to the third embodiment is different from the measuring circuit 16 of the second embodiment.
Unlike FIG. 5, power is applied from the common electrode 34 side. The measuring circuit 265 includes an oscillator (AC power supply) 270, and the signal of the oscillator 270 is converted to a capacitor 35 (capacitance CM),
A current is applied to the capacitor 36 (capacitance CR) from the common electrode 34 by exciting them. At this time, currents IM and IR proportional to the capacitances CM and CR flow through the input terminals 271,272. The input signals are amplified by operational amplifiers 273 and 274, respectively, and the difference is calculated by a calculation circuit 275 and output to an output terminal 276. Thus, an output signal can be obtained at the output terminal 276 as a function of the pressure of the measurement fluid acting on the pressure receiving surface 16 of the diaphragm 12. Note that the oscillator 270
May be a sine wave or a triangular wave. Here, as an example of specific numerical values,
When the specification of the pressure sensor is about 0 to 2000 mmH 2 O, an AC signal is applied from the oscillator 270 and each capacitance is
Assuming that CM and CR are, for example, 30 pF, the capacitance CM of the capacitor 35 normally changes by about 6 to 8 pF due to the bending of the diaphragm 12, while the capacitance CR of the capacitor 36 is 1 to 2 pF.
F, and the difference between the two capacitances is about 5 to 6 pF.

【0050】図10中の点線は、各電極間に走る電気力
線を示しており、発振器270 の信号に応じて一定周期で
方向を逆転させながらこのような状態の電気力線が形成
されるようになっている。シールド電極33の電極端子43
と導通された回路パス263A,263B (図9参照)は、中央
電極31用の電極端子41を含む回路パス261 およびリファ
レンス電極32用の電極端子42を含む回路パス262 をそれ
ぞれ別々に囲むように配置され(図11中点線に相
当)、接地用端子277,278,279 からバッファ素子280 に
接続されて接地されている。これらの接地用端子277,27
8,279 は、発振器270 からの信号印加用端子281 および
各オペアンプ273,274 への入力端子271,272 をそれぞれ
別々に隔てるように配置されている。このため、これら
の間の絶縁抵抗低下によるリーク電流の増加の影響を低
減できるようになっている。
The dotted lines in FIG. 10 indicate the lines of electric force running between the electrodes, and the lines of electric force in such a state are formed while reversing the direction at a constant period according to the signal of the oscillator 270. It has become. Electrode terminal 43 of shield electrode 33
The circuit paths 263A and 263B (see FIG. 9) which are electrically connected to the circuit paths 261A and 263B separately surround the circuit path 261 including the electrode terminal 41 for the center electrode 31 and the circuit path 262 including the electrode terminal 42 for the reference electrode 32, respectively. It is arranged (corresponding to the dotted line in FIG. 11), and is connected to the buffer element 280 from the grounding terminals 277, 278, 279 and is grounded. These grounding terminals 277,27
8,279 are arranged so as to separate the signal application terminal 281 from the oscillator 270 and the input terminals 271 and 272 to the operational amplifiers 273 and 274, respectively. Therefore, it is possible to reduce the influence of an increase in leakage current due to a decrease in insulation resistance therebetween.

【0051】このような第三実施例によれば、前述した
第一、第二実施例と略同様に高精度の計測、圧力センサ
ーの小型化等の効果を得ることができる。また、本第三
実施例では、演算回路275 により電流IM, IRの差分を取
って出力を検出するので、前述した第一実施例のような
空間30の大気の温度変化や湿度変化等による誘電率変化
の影響の回避はできないが、シールド電極33が設けられ
ているので、第一実施例と同様にセラミクスや低融点ガ
ラス23等の影響は回避することができる。そして、本第
三実施例では、前述した第一実施例に比べ簡易な回路で
上記の各効果を実現することができる。
According to the third embodiment, effects such as high-precision measurement and downsizing of the pressure sensor can be obtained in substantially the same manner as in the first and second embodiments. Further, in the third embodiment, the output is detected by taking the difference between the currents IM and IR by the arithmetic circuit 275. Therefore, the dielectric circuit caused by the temperature change or humidity change of the atmosphere in the space 30 as in the first embodiment described above. Although the influence of the rate change cannot be avoided, the influence of the ceramics, the low melting point glass 23, and the like can be avoided as in the first embodiment because the shield electrode 33 is provided. In the third embodiment, each of the above effects can be realized with a simpler circuit than in the first embodiment.

【0052】なお、本発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成も含
み、例えば以下に示すような変形等も本発明に含まれる
ものである。すなわち、前記各実施例では、基板11側の
中央電極31は円状に形成されているが、この形状に限定
されるものではなく、例えば図12に示すようにリファ
レンス電極32およびシールド電極33と同様な閉じた円環
状(リング状)の電極90としてもよく、あるいは図13
に示すように四角形等の多角形の電極91としてもよく、
要するに端末効果の影響の少ない単純な形状であればよ
い。そして、図12に示すような閉じた円環状の電極90
とすることで、その内側に大気を空間30内に導く低圧ポ
ート92を形成することもできる。なお、図12,13中
のハッチングは断面を示すものではなく、説明上見やす
くするために記載したものである。また、これに伴いリ
ファレンス電極32およびシールド電極33も円環状に形成
されている必要はなく、例えば図13に示すような四角
形等の多角形の環状の電極93, 94であってもよく、要す
るに閉じた環状になっていればよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, but includes other configurations that can achieve the object of the present invention. For example, the following modifications are also included in the present invention. . That is, in each of the above embodiments, the central electrode 31 on the substrate 11 side is formed in a circular shape, but is not limited to this shape. For example, as shown in FIG. A similar closed annular (ring-shaped) electrode 90 may be used, or FIG.
May be a polygonal electrode 91 such as a square,
In short, a simple shape having little influence of the terminal effect may be used. Then, a closed annular electrode 90 as shown in FIG.
By doing so, a low-pressure port 92 for guiding the atmosphere into the space 30 can be formed inside. The hatching in FIGS. 12 and 13 does not show a cross section, but is shown for easy understanding in description. Accordingly, the reference electrode 32 and the shield electrode 33 need not be formed in an annular shape, but may be, for example, polygonal annular electrodes 93 and 94 such as a square as shown in FIG. What is necessary is just to be a closed ring.

【0053】さらに、前記各実施例では、ダイヤフラム
12側の共通電極34は円状に形成されているが、円状に限
定されるものではなく、例えば円に近い多角形形状等で
あってもよく、要するに、その外縁が基板11側のシール
ド電極33の外縁よりも全周に渡って外側に位置していれ
ばよい。
Further, in each of the above embodiments, the diaphragm
The common electrode 34 on the 12 side is formed in a circular shape, but is not limited to a circular shape, and may be, for example, a polygonal shape close to a circle. In short, the outer edge of the common electrode 34 is a shield on the substrate 11 side. It is sufficient that the electrode 33 is located outside the entire periphery of the outer periphery of the electrode 33.

【0054】また、前記各実施例では、基板11側に中央
電極31、リファレンス電極32およびシールド電極33の三
つの電極が形成されているが、四つ以上の電極が形成さ
れていてもよく、例えば中央電極31とリファレンス電極
32との間にさらにシールド電極に相当するような接地あ
るいは所定の一定電圧に保たれる電極を設けるようにし
てもよい。
In each of the above embodiments, the central electrode 31, the reference electrode 32 and the shield electrode 33 are formed on the substrate 11 side, but four or more electrodes may be formed. For example, center electrode 31 and reference electrode
Further, an electrode which is maintained at a predetermined constant voltage or ground, which corresponds to a shield electrode, may be further provided between the first and second electrodes.

【0055】さらに、前記第一実施例では、計測回路65
により各コンデンサー35, 36の静電容量CM, CRの和と差
との比(CR−CM)/(CR+CM)に関連する出力信号を得
ることができる構成となっており、前記第二、第三実施
例では、それぞれ計測回路165,265 により各コンデンサ
ー35, 36の静電容量CM, CRの差(CM−CR)に比例した出
力信号を得ることができる構成となっているが、静電容
量CM, CRの比CM/CR等に関連する出力信号を得る構成と
してもよく、この場合にも前記第一実施例の場合と同様
に空間30内の大気の温度、湿度変化等の影響を修正した
計測を行うことができる。例えば、図14のようなスイ
ッチ95A,95B,95C を有する計測回路96を設け、これらの
スイッチ95A,95B,95C をスイッチングすることで、静電
容量CM, CRの比CR/CMに関連する出力信号を出力端子97
に得ることができる。この場合、スイッチ95A を電源98
側に接続した時には、スイッチ95B は閉、スイッチ95C
は開とされ、静電容量CM, CRの各コンデンサーに電荷が
蓄えられる。一方、スイッチ95A を接地側に接続した時
には、スイッチ95B は開、スイッチ95C は閉とされ、コ
ンデンサー99に所要の電荷がサンプルホールドされる。
Further, in the first embodiment, the measuring circuit 65
Thus, an output signal related to the ratio (CR−CM) / (CR + CM) of the sum and difference of the capacitances CM and CR of the capacitors 35 and 36 can be obtained. In the third embodiment, the measurement circuits 165 and 265 are configured to obtain output signals proportional to the difference (CM-CR) between the capacitances CM and CR of the capacitors 35 and 36, respectively. , CR ratio CM / CR may be obtained, and in this case as well, the effects of changes in the temperature, humidity, etc. of the atmosphere in the space 30 are corrected as in the first embodiment. Measurement can be performed. For example, a measurement circuit 96 having switches 95A, 95B, 95C as shown in FIG. 14 is provided, and by switching these switches 95A, 95B, 95C, the output related to the ratio CR / CM of the capacitances CM, CR. Signal output terminal 97
Can be obtained. In this case, switch 95A is
Switch 95B is closed and switch 95C
Is opened, and electric charges are stored in the capacitors CM and CR. On the other hand, when the switch 95A is connected to the ground side, the switch 95B is opened and the switch 95C is closed, and a required charge is sampled and held in the capacitor 99.

【0056】また、各電極31〜34の形成方法や接合部20
の形成方法等は、前記各実施例の製造工程に示された方
法である必要はなく、例えば各電極31〜34はスクリーン
印刷ではなく、メッキ、エッチング、スパッタリング等
の通常用いられる他の手段により形成してもよい。さら
に、本発明の基板11やダイヤフラム12の厚み、各電極31
〜34の厚み、電極間距離、各コンデンサー35〜37の静電
容量CM, CR, CS、圧力センサーの仕様等の数値は、前記
各実施例に具体的に記載した数値に限定されるものでは
なく、測定対象や測定環境等に応じて適宜決定すればよ
い。
The method of forming the electrodes 31 to 34 and the bonding portions 20
The formation method and the like need not be the method shown in the manufacturing process of each of the above-described embodiments.For example, each of the electrodes 31 to 34 is not screen-printed, but is plated, etched, by other means usually used such as sputtering. It may be formed. Further, the thickness of the substrate 11 and the diaphragm 12 of the present invention, and the thickness of each electrode 31
-34 thickness, inter-electrode distance, capacitance CM, CR, CS of each capacitor 35-37, numerical values such as specifications of pressure sensors, etc. are not limited to the numerical values specifically described in each of the above embodiments. Instead, it may be appropriately determined according to the measurement target, the measurement environment, and the like.

【0057】また、前記各実施例では、空間30は大気圧
とされ、測定流体の圧力をゲージ圧として検出するよう
になっているが、空間30にも測定流体(気体)を導入
し、この空間30内の圧力と受圧面16に付加される圧力と
の差圧を検出するようにしてもよい。さらに、本発明の
圧力変換素子10を内蔵する圧力センサーの圧力測定対象
である測定流体(受圧面16に作用する流体)は、液体で
あってもよく、気体であってもよい。
In each of the above embodiments, the space 30 is set to the atmospheric pressure, and the pressure of the measurement fluid is detected as a gauge pressure. The pressure difference between the pressure in the space 30 and the pressure applied to the pressure receiving surface 16 may be detected. Further, the measurement fluid (fluid acting on the pressure receiving surface 16) to be measured by the pressure sensor incorporating the pressure conversion element 10 of the present invention may be a liquid or a gas.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、基
板側の電極を複数に分割し、この分割した基板側の各電
極のうち最も外側の電極は接地あるいは所定の一定電圧
に保たれて計測には使用しないので、周囲の物体の温
度、湿度変化等の影響を受けずに圧力を正確に測定する
ことができるうえ、基板側の各電極のうち中央の電極を
除く電極は閉環状に形成された単純な電極形状を有する
ため、製造工程を簡略化することができるという効果が
ある。
As described above, according to the present invention, the electrode on the substrate is divided into a plurality of electrodes, and the outermost electrode among the divided electrodes on the substrate is grounded or maintained at a predetermined constant voltage. Since it is not used for measurement, it can accurately measure pressure without being affected by changes in temperature, humidity, etc. of surrounding objects.In addition, all electrodes on the board except the center electrode are closed. Since it has a simple electrode shape formed in an annular shape, there is an effect that the manufacturing process can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第一実施例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】第一実施例の分解図。FIG. 2 is an exploded view of the first embodiment.

【図3】第一実施例の背面の電極パターンを示す構成
図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an electrode pattern on the back surface of the first embodiment.

【図4】第一実施例の要部を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a main part of the first embodiment.

【図5】第一実施例の計測回路を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a measurement circuit of the first embodiment.

【図6】第一実施例の別の要部を示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing another main part of the first embodiment.

【図7】本発明の第二実施例を示す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図8】第二実施例の計測回路の説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram of a measurement circuit according to a second embodiment.

【図9】本発明の第三実施例の背面の電極パターンを示
す構成図。
FIG. 9 is a configuration diagram showing an electrode pattern on the back surface according to the third embodiment of the present invention.

【図10】第三実施例を示す構成図。FIG. 10 is a configuration diagram showing a third embodiment.

【図11】第三実施例の計測回路の説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram of a measurement circuit according to a third embodiment.

【図12】本発明の変形例を示す概略構成図。FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a modification of the present invention.

【図13】本発明の別の変形例を示す概略構成図。FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing another modified example of the present invention.

【図14】本発明のさらに別の変形例を示す概略説明
図。
FIG. 14 is a schematic explanatory view showing still another modified example of the present invention.

【図15】第一従来例を示す断面図。FIG. 15 is a sectional view showing a first conventional example.

【図16】第二従来例を示す構成図。FIG. 16 is a configuration diagram showing a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,100,200 圧力変換素子 11 基板 12 ダイヤフラム 20 接合部 31 中央電極 32 リファレンス電極 33 シールド電極 34 共通電極 35 コンデンサー(静電容量CM) 36 コンデンサー(静電容量CR) 37 コンデンサー(静電容量CS) 38 外縁部 44 共通電極用の電極端子 40,240 電極パターン 60,160,260 ワンチップIC 65,165,265,96 計測回路 10,100,200 Pressure transducer 11 Substrate 12 Diaphragm 20 Joint 31 Center electrode 32 Reference electrode 33 Shield electrode 34 Common electrode 35 Capacitor (capacitance CM) 36 Capacitor (capacitance CR) 37 Capacitor (capacitance CS) 38 Outer edge 44 Electrode terminal for common electrode 40,240 Electrode pattern 60,160,260 One-chip IC 65,165,265,96 Measurement circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 藤登 長野県小県郡東部町大字和5463 (72)発明者 土屋 宗典 長野県上田市古里694−1 (72)発明者 上原 大司 長野県上田市材木町1−9−4 (72)発明者 長沢 健二 長野県上田市大字上田160−5 (56)参考文献 特開 昭50−3385(JP,A) 特開 平4−20830(JP,A) 特表 平3−504161(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 9/12──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Fujito Tanaka Nagano Prefecture, Tobu-cho, Ogata-gun, Oaza 5463 (9) Inventor Kenji Nagasawa Kenji Nagasawa 160-5 Ueda, Ueda-shi, Nagano Prefecture (56) References JP-A-50-3385 (JP, A) JP-A-4-20830 (JP, A) Tokuhyo Hei 3-504161 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01L 9/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 厚肉の基板と、この基板に所定間隔を置
いて対向配置された薄肉の弾性ダイヤフラムとを備え、
これらの基板と弾性ダイヤフラムとの対向面の各々に対
向する電極が設けられ、前記弾性ダイヤフラムに加わる
圧力を前記電極間の静電容量の変化により検出する圧力
センサーであって、 前記電極のうち基板側の電極は複数に分割され、この分
割された基板側の各電極は順次内側の電極を囲うように
配置され、 この分割された基板側の各電極のうち、中央の電極を除
く電極はそれぞれ一定幅の閉環状に形成され、最も外側
の電極は接地あるいは所定の一定電圧に保たれ、前記電極のうち弾性ダイヤフラム側の電極は中実の略円
状に形成され、かつその全周にわたって前記基板側の最
も外側の電極の外側端縁よりもさらに外側に位置する外
縁部を有し、 前記基板の電極が設けられた面とは反対側の面には前記
弾性ダイヤフラム側の電極用の電極端子が設けられ、こ
の電極端子と前記弾性ダイヤフラム側の電極の前記外縁
部とは前記基板を貫通するスルーホールの導通部を介し
て導通されている ことを特徴とする圧力センサー。
1. A semiconductor device comprising: a thick substrate; and a thin elastic diaphragm opposed to the substrate at a predetermined interval.
An electrode is provided on each of the opposing surfaces of the substrate and the elastic diaphragm, and is a pressure sensor that detects a pressure applied to the elastic diaphragm by a change in capacitance between the electrodes. The electrode on the side is divided into a plurality of parts, and the divided electrodes on the substrate side are sequentially arranged so as to surround the inner electrodes. Of the electrodes on the divided substrate side, the electrodes except for the central electrode are respectively is formed in a closed loop with a constant width, most outer electrode is maintained at ground or a predetermined constant voltage, substantially circular elastic diaphragm-side electrode of the solid of the electrode
Formed on the substrate side over the entire circumference.
Outer electrode located further outside than the outer edge of the outer electrode
Having an edge portion, the surface of the substrate opposite to the surface on which the electrodes are provided,
An electrode terminal for the electrode on the elastic diaphragm side is provided.
Electrode terminal and the outer edge of the electrode on the elastic diaphragm side
Through the conductive portion of the through hole penetrating the substrate
A pressure sensor characterized by being electrically connected .
【請求項2】 請求項1に記載した圧力センサーにおい
て、前記基板側の電極は三分割され、この三分割された
電極のうち中央の電極は中心部が抜けていない中実の円
状に形成され、残りの二つの電極は閉じた円環状に形成
されていることを特徴とする圧力センサー。
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the electrode on the substrate side is divided into three, and a central electrode among the three divided electrodes is formed in a solid circular shape without a central portion missing. A pressure sensor, wherein the remaining two electrodes are formed in a closed annular shape.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載した圧力
センサーにおいて、前記スルーホールの導通部と前記外
縁部とは、前記スルーホールの一端側から挿入される導
電ペーストによって導通され、前記基板と前記弾性ダイ
ヤフラムとの間に設けられる接合部には、外縁部の一部
が露出しかつ前記スルーホールに連通する空間が設けら
れ、この空間内に前記導電性ペーストが充填されている
ことを特徴とする圧力センサー。
3. The pressure sensor according to claim 1, wherein the conductive portion of the through hole and the outer edge portion are electrically connected to each other by a conductive paste inserted from one end of the through hole. The joint provided between the elastic diaphragm and the elastic diaphragm is provided with a space where a part of the outer edge is exposed and communicates with the through hole, and that the space is filled with the conductive paste. Features pressure sensor.
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