JP3516011B2 - 静電容量型圧力センサ及びパッケージング構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型圧力セ
ンサ及びパッケージング構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２３は大気圧との相対的な圧力を計測
するための従来の静電容量型圧力センサの一例を示して
いる。同図に示すように、ガラス基板１とシリコン基板
２を陽極接合して一体化している。シリコン基板２に
は、その中央部を両面からエッチングすることにより、
肉薄のダイアフラム３を形成している。これにより、ダ
イアフラム３は、その外周縁でシリコン基板２の周枠部
２ａに支持されることになる。また、このように接合面
側をエッチングすることにより、接合した際にダイアフ
ラム３と固定基板１との間に所定のギャップを有する圧
力室４が形成される。

【０００３】そして、圧力室４に臨むガラス基板１の表
面には、固定電極５が形成され、これにより、固定電極
５に対向するダイアフラム３の表面に形成される可動電
極６との間で、距離に応じた静電容量が発生する。さら
にガラス基板１には、厚さ方向に貫通する圧力導入孔１
ａが形成され、その開口は圧力室４の中央に位置させて
いる。これにより、圧力導入孔１ａを介して測定対象圧
力を圧力室４内に導入し、その圧力に応じてダイアフラ
ム３を撓ませて、両電極５，６間の距離を変化させる。
これに伴い、電極間５，６で発生する静電容量が変化す
る。つまり、圧力の変化と静電容量の変化が一義的に対
応するので、静電容量の変化を検出することにより圧力
が測定できる。

【０００４】この静電容量を検出するために各電極を外
部の測定装置に接続する必要がある。可動電極６は、シ
リコン基板２を介してセンサ外部に引き出すことができ
る。一方、圧力室４内に形成される固定電極５の場合に
は、その固定電極５に連続して引出配線７を形成し、そ
の引出配線７の先端をセンサ外部に位置させる。

【０００５】この時、引出配線７とシリコン基板１が接
触すると、電極５，６間が短絡してしまうので、図２４
（Ａ）に拡大して示すように、両基板１，２の接合部分
における引出配線７の通過領域は、シリコン基板１側に
凹溝２ｂを設け、所定の絶縁耐圧を形成する。さらにそ
のままでは、圧力室４が凹溝２ｂを介して大気開放され
てしまうため、例えば、凹溝２ｂ内にポリイミド等の封
止材８を充填することにより気密性を確保するようにし
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の静電容量型圧力センサでは、以下に示す各種の
問題を有する。すなわち、上記したように、ダイアフラ
ム３は、その外周縁で周枠部２ａに連結されていること
から、圧力室４内の圧力変動にともないダイアフラム３
が変形する場合には、その中央部分が最も大きく変位す
ることになる。そこで、効率よくダイアフラム３を変形
させることから、ガラス基板１に形成する圧力導入孔１
ａも、圧力室４すなわちダイアフラム３の中央に対向す
る位置に開口するように形成している。

【０００７】その結果、圧力導入孔１ａを介して塵埃が
侵入するおそれがある。特に、侵入した塵埃が導電性材
料であったり、湿気を帯びているような場合には、係る
塵埃を介して固定電極５と可動電極６間が短絡してしま
うおそれがある。また、仮に短絡しなくても、電極の静
電容量が変化し、測定誤差を招く原因となる。

【０００８】また、加工プロセスの都合から、図２４
（Ｂ）に示すように、圧力導入孔１ａの圧力室４側の開
口付近には、バリ９が形成されてしまうことがある。こ
のバリ９が除去できないと、バリ９の先端がダイアフラ
ム３に近付くので、ガラス基板１とシリコン基板２とを
陽極接合する際に、バリ９とダイアフラム３も接合され
てしまうおそれがある。この場合に、接触面積が小さい
こともあって確実に陽極接合されず、その後に圧力室４
内に圧力を導入した際に、両者を分離することができる
ものの、両者がはがれる際にダイアフラム３側にダメー
ジを与え、その後の圧力がかかったときの変形に影響を
与えるおそれがある。

【０００９】また、仮に係るダメージなどない場合であ
っても、圧力のかかっていない平常状態や、負圧がかか
るような場合にバリ９とダイアフラム３が接触すること
がありえる。すると、バリ９自体はガラスであるので短
絡のおそれは比較的少ないが、係る機械的に接触するこ
とにより、バリ９がダイアフラム３に引っかかってしま
い、その後のダイアフラム３の変形を抑止したり、或い
は、バリ９に当たることによりダイアフラム３自体が平
坦な基準状態にまで戻れなくなり、入出力特性の直線性
に影響を与えるおそれなどがある。

【００１０】さらに、ダイアフラム３の中心位置は、変
位量が最も大きい位置なので、図２５に示すように、ダ
イアフラム３が固定電極５から離れる方向に撓む時に、
圧力導入孔１ａを介して、平常状態における電極間距離
よりも大きな塵埃１０が圧力室内に侵入してしまうおそ
れがある。すると、塵埃１０の誘電率が圧力室４内の雰
囲気の誘電率と同じであることはまずないので、塵埃１
０がない場合の同一圧力（電極間の距離が等しい）に比
べてセンサ出力が異なってしまう。特に、圧力導入孔１
ａの開口部周辺は、最もダイアフラム３の変位量が大き
く、センサ特性に与える影響が大きい部分であるので、
係る周辺部分での静電容量の変化は、センサ特性に大き
く影響を与えてしまう。

【００１１】また、測定圧力がなくなりダイアフラム３
が元の状態に戻ろうとした場合に、上記塵埃１０がダイ
アフラム３とガラス基板１の間に挟まれてしまう。その
結果、塵埃１０が比較的硬いものの場合には、ダイアフ
ラム３が元に戻ることができなくなり、また柔らかい場
合であってもダイアフラム３に応力がかかり、その後の
センシング動作が不安定になる。

【００１２】さらに、当然のことながら圧力導入孔１ａ
の開口部分には固定電極を形成することができない。そ
のため、中央部に圧力導入孔１ａを設けたことにより、
最もダイアフラム３が変位し、感度が高くなるべき中央
部分が実際のセンシングに使用されないという問題もあ
る。

【００１３】さらにまた、固定電極５の外部引き出しを
するためには、シリコン基板２の接合面側に凹溝２ｂを
設け、かつ圧力室４内を気密にするために凹溝２ｂに封
止材８を充填する処理が煩雑となる。

【００１４】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題点を解
決し、塵埃の侵入を図り、圧力導入孔の開口部に存在す
るバリの有無に関係なく正確な圧力を測定することがで
き、感度も高く、構造が簡単で製造が容易となり、新た
な固定電極の外部引き出し構造をとることができ、歩留
まりの低下を防ぐことができる静電容量型圧力センサ及
びパッケージング構造を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る静電容量型圧力センサでは、固定電
極が形成された固定基板と、周枠部の内側にダイアフラ
ムが形成された半導体基板とが接合され、前記固定電極
に対向する前記ダイアフラム面に可動電極を設け、前記
固定基板の前記ダイアフラムの中心に対向する位置に圧
力導入孔が形成され、前記固定電極は前記圧力導入孔の
周囲を除くように形成され、前記圧力導入孔の周囲と、
前記ダイアフラムの前記圧力導入孔の周囲に対向する位
置の少なくとも一方に、前記圧力導入孔からセンサ内部
への圧力導入経路を閉塞しないように接合用凸部を設
け、前記接合用凸部が対向する基板に接合するように構
成した（請求項１）。

【００１６】請求項１に記載するように、圧力導入孔の
開口周囲、及びまたは、ダイアフラムの圧力導入孔の開
口周囲に対向する位置に接合用凸部を設けることによ
り、半導体基板と固定基板を接合する際に、接合用凸部
が対向する基板と接合される。よって、センサ内に圧力
が導入されたとしても、圧力導入孔に対向するダイアフ
ラムの中央部位は変位せず、その周囲部分が変位するこ
とにより、圧力を検出することになる。つまり、ダイア
フラムの中央部位は、センサ出力に影響を与えない不感
帯部分となる。

【００１７】従って、仮に圧力導入孔の周囲にバリが生
じても、係るバリはダイアフラムの変形に影響を与え
ず、静電容量の変化にばらつきが生じない。よって、不
良品の発生率は少なくなるので、センサの歩留まりが向
上する。そして、ダイアフラムに加わる圧力に対する静
電容量の変化も一義的になるので、正確な圧力を測定す
ることができる。

【００１８】また、ダイアフラムと固定基板との距離が
最短となる状態で、ダイアフラムの圧力導入孔に対向す
る領域が固定されるので、ダイアフラムの変位を妨げる
大きさのごみ等は、固定されたダイアフラムによって、
センサ内部への侵入が妨げられる。

【００１９】また、好ましくは、前記固定基板の表面
に、前記固定電極に連続する引出配線が形成され、前記
半導体基板の少なくとも前記引出配線に対向する位置に
絶縁層が形成され、その絶縁層と前記引出配線を密着さ
せるように構成することである（請求項２）。

【００２０】係る構成をとると、半導体基板と固定電極
用の引出配線とが電気的に接続するのを防ぐことがで
き、固定基板または半導体基板に凹溝を形成する必要が
なくなる。よって、センサ内部とセンサ外部が接続する
ことはなく、圧力導入孔からセンサ内部に供給されたガ
スが外部に漏れることがなく、センサ内部にごみ等が侵
入することもなくなり、固定電極と可動電極間の静電容
量の変化が安定し、正確な圧力を測定することができ
る。

【００２１】また、前記可動電極の内周または外周に相
当する前記ダイアフラム部位に無端状の絶縁層を設け、
その絶縁層の内外を絶縁し、前記ダイアフラムの中央部
位を肉厚にして島状ブロックを形成するとともに、前記
島状ブロックと前記周枠部を、前記絶縁層によって電気
的に絶縁し、かつ前記島状ブロックと前記周枠部のうち
一方を前記可動電極に導通し、他方を前記固定電極に導
通させることにより、前記半導体基板から前記可動電極
と前記固定電極のそれぞれの電極取り出しを可能とする
ように構成してもよい（請求項３）。

【００２２】このようにすると、可動電極と固定電極
が、ともに半導体基板に導通されるので、半導体基板か
ら外部に信号を送出することができる。すると、電極取
り出し面を同一高さとすることが可能となるので、ワイ
ヤボンディング作業が容易に行える。

【００２３】また、本発明に係るパッケージング構造で
は、請求項３に記載の静電容量型圧力センサと、その静
電容量型圧力センサを収納するパッケージとを備え、前
記固定基板をパッケージの底面側に位置するように収納
し、前記パッケージの所定高さ位置に設けた複数のリー
ド端子と、前記半導体基板に設けた島状ブロック及び周
枠部の表面をそれぞれ接続するように構成した（請求項
４）。この発明は、パッケージング構造の第１，第３の
実施の形態及び変形例に対応する。

【００２４】本発明によれば、請求項３の発明と同様
に、電極取り出し面を面一にすることが可能となり、し
かも、固定基板側をパッケージの底面側にすることによ
り、パッケージの開放面側に近い位置に電極取り出し面
を配置することができる。よって、ワイヤボンディング
を自動的に行う場合に、装着面の高低差が少なくなり、
処理が容易になる。

【００２５】別の解決手段としては、請求項３に記載の
静電容量型圧力センサと、その静電容量型圧力センサを
収納するパッケージとを備え、前記半導体基板をパッケ
ージの底面側に位置するように収納し、前記パッケージ
の所定位置に設けた複数の端子と、前記半導体基板に設
けた島状ブロック及び周枠部の表面をそれぞれ接続する
ように構成してもよい（請求項５）。このように構成す
ると、請求項３の発明と同様に、電極取り出し面を面一
にすることが可能となり、フリップチップ実装が可能と
なる。

【００２６】なお、この請求項５の発明は、パッケージ
ング構造の第２，第４の実施の形態及び変形例に対応す
る。そして、この請求項５で規定するパッケージは、実
施の形態では、ケース５２と基板５１により構成され
る。そして、この基板５１は、例えば回路パターンが形
成された実装基板と兼用することができる。もちろん、
実装基板でなくてもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１〜図４は本発明に係る静電容
量型圧力センサの第１の実施の形態を示している。同図
に示すように、基本的な構成は、図１７に示した従来の
ものと同様である。すなわち、周枠部１２ａ内側に支持
される薄肉のダイアフラム１３を一体に形成したシリコ
ン基板１２と、接合面に固定電極１５及び各引出配線１
７ａ，１７ｂを形成したガラス基板１１を陽極接合して
一体化することにより構成される。この時、シリコン基
板１２の接合面側もエッチングしてダイアフラム１３を
製造することから、両基板１１，１２を接合した際に
は、ダイアフラム１３とガラス基板１１の間には、所定
の空間からなる圧力室１４が確保される。そしてこの圧
力室１４を挟んで対向するガラス基板１１の表面にリン
グ状の固定電極１５が形成され、ダイアフラム１３の表
面が可動電極１６となる。

【００２８】そして、固定電極１５に連続して引出配線
１７ａが形成され、その先端がシリコン基板１２が存在
せず露出するガラス基板１１の表面にまで達している。
もちろん、この引出配線１７ａは、両基板１１，１２の
接合領域を通過するため、その引出配線１７ａに対向す
るシリコン基板１２の表面には凹溝１２ｂを形成し、逃
げている。さらに、可動電極１３用の引出配線１７ｂも
ガラス基板１１の表面に形成している。これは引出配線
１７ｂの一端を両基板１１，１２の接合部分に介在させ
ることにより、シリコン基板１２を用いて可動電極１６
と導通状態にしている。

【００２９】さらに、圧力室１４の中央に臨むように、
ガラス基板１１の厚さ方向に貫通する圧力導入孔１１ａ
も形成している。そして、この圧力導入孔１１ａの圧力
室１４側の開口部と、上記した固定電極１５の中心を一
致させている。さらに、その圧力導入孔１１ａの外周縁
と、固定電極１５の内周縁との間には、一定の距離がお
かれており、リング状の電極未形成領域が形成されてい
る。

【００３０】ここで本形態では、ガラス基板１１の圧力
導入孔１１ａの周囲、つまり、上記した電極未形成領域
に９０度間隔で計４個の接合用凸部１８を形成してい
る。この接合用凸部１８は、ガラス基板１１の接合側表
面を除去することにより、一体に形成している。また、
この接合用凸部１８の高さは、シリコン基板１２の接合
側表面のエッチング量、つまり、圧力がかかっていない
状態におけるダイアフラム１３とガラス基板１１間の距
離に等しい高さに設定されている。よって、図３に示す
ように、ガラス基板１１とシリコン基板１２を陽極接合
する際に、接合用凸部１８の先端とダイアフラム１３も
陽極接合されて一体化する。

【００３１】これにより、接合用凸部１８の内側に存在
するダイアフラム１３の中央部分１３ａは、ガラス基板
１１に対して固定される（厳密にいうと、変位しないた
めダイアフラムとして機能はしていないが、本明細書で
は当該部分もダイアフラムと称する）。そして、この中
央部分１３ａに対向するガラス基板１１の表面には固定
電極１５が形成されていないこともあり、その中央部分
１３ａは不感帯領域となる。

【００３２】係る構成の静電容量型圧力センサでは、圧
力導入孔１１ａを介して導入された圧力測定対象媒体
は、隣接する接合用凸部１８とダイアフラム１３で仕切
られる隙間を介して圧力室１４内に導入される（導入経
路を図４中矢印で示す）。すると、ダイアフラム１３の
周囲部分１３ｂ（接合用凸部１８との接合部分と、周枠
部１２ａとの間の領域）はフリー状態であるので、図示
するようにその中央部分が上に凸の状態で撓む（実際に
は、リング状に膨らむ）ので、可動電極１６も変位し、
可動電極１６と固定電極１５間の静電容量が変化する。
係る静電容量の変化から圧力測定対象ガスの圧力を測定
することができる。

【００３３】さらに、圧力導入孔１１ａの開口部を覆う
ように配置されることから、例えば図４（Ｂ）に拡大し
て示すように、圧力導入孔１１ａを介して塵埃２０が侵
入してきたとしても、そのダイアフラム１３の中央部分
１３ａが停止板としての機能を発揮し、圧力室１４内へ
の塵埃２０の侵入を阻止する。なお、圧力室１４内へ圧
力測定対象媒体を導入する必要から、隣接する接合用凸
部１８間には、隙間が空いているため、非常に小さい塵
埃はその隙間を介して圧力室１４内に侵入するおそれは
僅かながら残っている。しかし、少なくともかかる侵入
した塵埃はギャップよりも小さいものであるので、すぐ
に電極間を短絡させたり、ダイアフラム１３に接触して
その変形を抑制するようなことはない。

【００３４】また、同図（Ｂ）に示すように、仮に圧力
導入孔１１ａの開口部周縁にバリ１９が存在したとして
も、上記したようにそのバリ１９に対向する部分は、圧
力がかかっても変位しないダイアフラム１３の中央部分
１３ａであるので、接触或いは近接していたとしても、
従来のような問題は生じない。つまり、元々中央部分１
３ａは変位しない領域であるので、バリ１９とダイアフ
ラム１３（中央部分１３ａ）が陽極接合されても問題は
なく、また、引っかかっても問題はないからである（圧
力がかかった場合の可動電極１６と固定電極１５間の静
電容量の変化に影響を与えない）。

【００３５】上記した第１の実施の形態では、ガラス基
板１１の平坦な表面の所定位置に接合用凸部１８のみを
突出するように形成したが、本発明はこれに限ることは
なく、例えば図５（Ａ）に示すように、ガラス基板１１
の接合側表面のうち、圧力室１４を構成する部分（接合
用凸部１８を除く）をエッチングにより除去することに
より、接合用凸部１８を形成するようにしてもよい。こ
のようにした方が、エッチング量が少なくてすみ、加工
が容易となる。また、係る構成の場合には、シリコン基
板１２の下面側はエッチングする必要がないので、ダイ
アフラム１３の下面と周枠部１２ａの下面は面一とな
る。つまり、シリコン基板１２の下面に対するエッチン
グ工程を省くことができるので、この点でも製造プロセ
ス上メリットがある。

【００３６】さらにまた、同図（Ｂ）に示すように、ダ
イアフラム１３の下面中央に接合用凸部１８を設けるよ
うにしてもよい。係る接合用凸部１８は、ダイアフラム
１３を形成するためにシリコン基板１２の下面をエッチ
ングする際に、その接合用凸部１８の形成領域もマスク
することにより簡単に製造できる。製造プロセスを考慮
すると、ガラス基板１１に接合用凸部１８を設けるもの
に比べ、シリコン基板１２側に接合用凸部１８を設ける
方が簡単に行えるので、実施する上では同図（Ｂ）のよ
うな構造をとるのが好ましい。

【００３７】また、上記した第１の実施の形態及びその
変形例では、いずれも圧力導入孔１１ａの周囲（ダイア
フラム１３側またはガラス基板１１側）に４つの接合用
凸部１８を形成しているが、本発明に係る静電容量型圧
力センサの特徴として、圧力導入孔１１ａに対向する位
置のダイアフラム１３の部分が固定された状態となって
いればよいので、接合用凸部１８の数及び形状は任意と
することができる。

【００３８】一例を示すと、図６（Ａ）に示すように、
圧力導入孔１１ａを中心として点対称となる位置に、２
つの接合用凸部１８を形成してもよい。また、同図
（Ｂ）に示すように、接合用凸部１８の形状を渦巻状と
し、圧力導入孔１１ａからその渦巻き状の通路２１を通
って圧力室側に供給するようにしてもよい。係る渦巻き
状に構成すると、センサ内部に圧力導入経路を形成する
ことになり、実際の感圧部となる圧力室１４（ダイアフ
ラム１３の周囲部分１３ｂの存在位置）まで圧力測定対
象ガスが到達するのが遅れるので、応答性が悪くなる。
これにより、例えば測定対象ガス圧がパルス状に変動し
ているような場合であって、その振動がノイズ成分とす
ると、応答性を悪くすることにより、そのノイズ成分に
伴う圧力変動をカットすることができ、真の測定対象の
圧力を抽出し測定することが可能となる。そして、接合
用凸部１８によって形成される通路２１の長さを調整す
ることにより、センサの応答速度を調整することができ
るので、必要な圧力変動のみを抽出することができる。

【００３９】図７は本発明に係る静電容量型圧力センサ
の第２の実施の形態を示している。本形態では、第１の
実施の形態で説明した構造、より具体的にはシリコン基
板１２側に接合用凸部１８を設けた変形例を基本（もち
ろんガラス基板側に接合用凸部を設けたものでも同様に
適用できる）として、両基板１１，１２の接合構造を変
えている。つまり、上記した実施の形態や、従来のセン
サでは、いずれもシリコン基板１２の周枠部１２ａとガ
ラス基板１１との接触部分で陽極接合を行い、両者を一
体化させていた。

【００４０】一方、本発明では接合用凸部１８を介して
ダイアフラム１３ひいてはシリコン基板１２と、ガラス
基板１１とを陽極接合しているため、必ずしも周枠部１
２ａの部分で陽極接合する必要がなくなる。そこで、周
枠部１２ａの接合面に絶縁膜２２を成膜し、その絶縁膜
２２を介してガラス基板１１と接触させている。従っ
て、同図（Ｂ）に拡大して示すように、引出配線１７ａ
とシリコン基板１２の間に絶縁膜２２が介在するため、
短絡するのを防止できる。なお、絶縁膜２２は、酸化膜
或いは窒化膜の堆積により簡単に製造できる。

【００４１】そして、この構造では、絶縁膜２２と引出
配線１７ａを密着させることができるので、従来のよう
にシリコン基板１２の所定位置に凹溝を設けるととも
に、その凹溝内に寸法精度を良好にして封止材を充填す
る必要がなくなるので、製造プロセスが簡略化する。つ
まり、絶縁膜を成膜するだけでよいので、工定数の削減
ができるのはもちろんであるが、各工程での処理も容易
となる。

【００４２】なお、図示の例では、周枠部１２ａの全面
に絶縁膜２２を形成した例を示したが、本発明はこれに
限ることはなく、少なくとも引出配線１７ａに対向する
部分に設ければよい。そして、そのように部分的に設け
た場合には、周枠部１２ａの他の領域では、従来と同様
に陽極接合により強固に接合できる。

【００４３】図８は、本発明に係る静電容量型圧力セン
サの第３の実施の形態を示している。同図（Ａ）に示す
ように、圧力導入孔１１ａ及びその周囲（接合用凸部１
８とガラス基板１１が接合する領域）を除いて、ガラス
基板１１のシリコン基板１２との接合面全面にメタル２
４を付着させている。

【００４４】係る構成にすると、圧力室１４内に位置す
るメタル２４が固定電極１５となり、それ以外の部分が
固定電極１５用の引出配線１７ａとして機能する。従っ
て、露出するメタル２４の所定位置にパッドを設けそこ
に対してワイヤボンディングを行うことにより、固定電
極１５の電気信号を外部に送出することができる。な
お、可動電極１６側の電気信号は、シリコン基板１２の
所定位置、例えば周枠部１２ａの上面にパッドを設ける
ことにより外部に送出することができる。

【００４５】さらに、両電極間の短絡を防止するため、
上記した第２の実施の形態と同様に、シリコン基板１２
の周枠部１２ａの下面全面には、絶縁膜２２を設け、メ
タル２４と導通しないようにしている。そして、この例
でも、両基板１１，１２の一体化は、接合用凸部１８と
ガラス基板１１間での陽極接合により行っている。

【００４６】図９は、本発明の第４の実施の形態を示し
ている。本実施の形態では、上記した第３の実施の形態
を基本としている。つまり、両基板１１，１２′の連結
を接合用凸部１８により行っているので、ダイアフラム
３に圧力が加わると、シリコン基板１２が歪むおそれが
ある。そこで本形態では、図示するように、ダイアフラ
ム１３の上面に、略十字形状のリブ２５を形成した。こ
れにより、シリコン基板１２′が補強され、たとえ圧力
がかかっても、シリコン基板が歪まず、安定した測定が
行える。なお、圧力がかかったときのダイアフラム１３
の変形は、リブ２５で仕切られた４つの小さなダイアフ
ラムがそれぞれその中央を中心に変形するようになる。

【００４７】図１０は、本発明に係る静電容量型圧力セ
ンサの第５の実施の形態を示している。本形態では、第
１の実施の形態で説明した構造を基本として、シリコン
基板１２″の周枠部１２ａの上面を除去した形状とし、
シリコン基板１２の上面を面一にしている。このように
構成すると、シリコン基板１２″の厚さは薄いので、セ
ンサチップ全体の薄型化を図ることができる。なお、そ
の他の構成並びに作用効果は上記した各実施の形態と同
様であるので、同一符号を付しその詳細な説明を省略す
る。

【００４８】なお、係る薄型の形状を構成するには、例
えばシリコン基板１１″の上面側を研磨したり、或い
は、センサチップの外側に所定高さを有する本来の周枠
部（上記した各実施の形態に相当する形状のもの）を形
成しておき、ダイシングによりその肉厚の周枠部分を切
り離すことによっても製造することができ、その他各種
の方法により実現できる。

【００４９】図１１，図１２は、本発明に係る静電容量
型圧力センサの第６の実施の形態を示している。本形態
では、固定電極の配線引出構造を変更し、センサチップ
の平面形状の小型化を図るようにしている。

【００５０】すなわち、図に示すように、ダイアフラム
１３の中央部分（接合用凸部１８の内側）、つまり、ガ
ラス基板１１と一体化して変位しない部分の上面に、島
状ブロック２６を形成する。実際には、シリコン基板１
２の上面をエッチングする際に、周枠部１２ａと島状ブ
ロック２６の部分にマスクをかけ、エッチングしないよ
うにすることにより形成する。さらに、ダイアフラム１
３のうち、この島状ブロック２６との連結部分には、絶
縁層２７を設けている。これにより、ダイアフラム１３
と周枠部１２ａとは電気的に導通状態となり、ダイアフ
ラム１３と島状ブロック２６は電気的に非導通状態とな
る。

【００５１】そこで、可動電極１６は、ダイアフラム１
３から周枠部１２ａを介して外部に取り出し、固定電極
１５は島状ブロック２６を介して外部に取り出すように
した。そして、係る取り出しを行うため、図１１（Ｂ）
に示すように、固定電極１５の内周縁の一部を中心に向
けて突出させた接続パターン１５ａを形成し、その接続
パターン１５ａと、島状ブロック２６の下面に一体に突
出形成した接続用凸部２８（上記した各実施の形態では
接合凸部と言われたものの一部）と接続することによ
り、固定電極１５と島状ブロック２６との導通を図る。
また、シリコン基板１２とガラス基板１１の接合は、残
りの２個の接合用凸部１８，１８により行われる。さら
に本形態では、周枠部１２ａとガラス基板１１との間で
も陽極接合される。

【００５２】係る構成とすると、従来のように両基板１
１，１２の間に引出配線を配置する必要がないので、凹
溝などを設ける必要もなく、気密性も確保できる。さら
に、ガラス基板１１とシリコン基板１２の平面形状を同
じにすることができるため、従来のように配線を引き回
すために一方の基板を大きくする必要がなく、センサチ
ップの平面形状の小型化が図れる。

【００５３】図１３は、本発明に係るパッケージング構
造の第１の実施の形態を示している。本実施の形態で
は、図１１，図１２に示すセンサを用いてパッケージン
グした例を示している。すなわち、上記したように、固
定電極１５は、島状ブロック２６と導通状態となってお
り、可動電極１６はシリコン基板１２の周枠部１２ａと
導通状態となっている。

【００５４】そこで、係る構造のセンサチップ３０をパ
ッケージ３２の底面３３に取り付ける。実装用パッケー
ジ３２の下面中央には、圧力導入管３４が形成されて、
その圧力導入管３４を介してパッケージ３２の底面が開
口している。そして、その開口部にセンサチップ３０の
圧力導入孔１１ａが位置するようにし、これにより、圧
力導入孔１１ａを介して圧力室１４内に圧力を供給でき
るようになる。

【００５５】そして、パッケージ３２の肩部には、リー
ド端子３５，３６が取り付けられ、そのリード端子３
５，３６の一部が、パッケージ３２の外部に突出してい
る。また、リード端子３５，３６の高さ位置は等しく
し、しかも、シリコン基板１２の上面、つまり、電極取
り出し面とも一致させている。そして、島状ブロック２
６及び周枠部１２ａの上面所定位置には、アルミを蒸着
して電極パッド３７，３８を設け、それら両電極パッド
３７，３８とリード端子３５，３６をボンディングワイ
ヤ３９で接続する。これにより、リード端子３５を介し
て、固定電極１５の電気信号を外部に引き出し、リード
端子３６を介して可動電極１６の電気信号を外部に引き
出すことができる。そして、本形態では、電極取り出し
面及びリード端子をすべてほぼ同一面上に位置させてい
るので、ボンディング処理が極めて簡単に行える。な
お、センサチップ３０自体の構造は、上記した実施の形
態と同様であるので、同一符号を付しその詳細な説明を
省略する。

【００５６】また、図１２，図１３に示した静電容量型
圧力センサを用いたパッケージング構造として、上記し
た実施の形態に限ることはなく、例えば図１４に示すよ
うにすることもできる。すなわち、端子パターン５０を
設けた基板５１（実装基板）上に本センサチップ３０を
シリコン基板１２の上面の電極取り出し面を下にして接
続してもよい。つまり、シリコン基板１２の島状ブロッ
ク２６及び周枠部１２ａの上面を端子パターン５０に接
触させることにより基板５１上の回路パターンと導通を
図り、フリップチップ実装を可能とする。このとき、島
状ブロック２６及び周枠部１２ａの上面所定位置に、ア
ルミを蒸着して電極パッドを設けておいてもよい。

【００５７】そして、本センサチップ３０を覆うように
してカバー５２を基板に取りつけることになる。このカ
バー５２の上面に圧力導入管５３を設け、その圧力導入
管５３を介して測定圧力をセンサチップ３０に供給可能
としている。係る構成が、本発明に係るパッケージング
構造の第２の実施の形態である。

【００５８】なお、カバー５２としては、図示したもの
に限ることはなく、例えば図１５に示すように側面に圧
力導入管５３を設けたものでもよい。さらには、図１６
に示すように基板５１の上面に取り付けるカバー５２は
圧力導入管を設けずに密閉する。そして、基板５１に孔
部５１ａを設け、その孔部５１ａに連続するようにして
基板５１の下面に独立した圧力導入管５５を接続するよ
うにしてもよい。

【００５９】図１７は、本発明に係る静電容量型圧力セ
ンサの第７の実施の形態を示している。本形態では、上
記した第６の実施の形態とは逆に、島状ブロック２８を
介して可動電極１６の電極取り出しを行い、シリコン基
板１２の周枠部１２ａを用いて固定電極１５の電極取り
出しを行うようにした。

【００６０】すなわち、ダイアフラム１３と周枠部１２
ａとの間に絶縁層４０を設けた。これにより、島状ブロ
ック２６と周枠部１２ａは電気的に絶縁され、しかも、
島状ブロック２６とダイアフラム１３（可動電極１６）
とは導通状態となる。一方、固定電極１５と周枠部１２
ａとの接続は、固定電極１５の周囲の一部または全部を
外側に延長させ、その延長された部分１５ｂをガラス基
板１１とシリコン基板１２（周枠部１２ａ）の接合部分
に介在させることにより、固定電極１５と周枠部１２ａ
の導通を図るようにしている。なお、図示するように、
固定電極１５の延長部分１５ｂを、周枠部１２ａの途中
までとすることにより、さらにその外側に位置する周枠
部１２ａとガラス基板１１とを陽極接合させることがで
き、両基板をより強固に接合できる。なお、その他の構
成並びに作用効果は、上記した各実施の形態と同様であ
るで、同一符号を付しその詳細な説明を省略する。

【００６１】そして、係る構造のセンサチップを用いた
本発明に係るパッケージング構造の第３の実施の形態と
しては、図１８に示すような構造となる。つまり、パッ
ケージ３の底部にセンサチップ４１を装着する。そし
て、島状ブロック２６の上面に設けた電極パッド３７と
リード端子３５をボンディングワイヤ３９で接続するこ
とにより、リード端子３５を介して可動電極１６の電気
信号を外部に引き出すことができる。また、周枠部１２
ａの上面に設けた電極パッド３８とリード端子３６をボ
ンディングワイヤ３９で接続することにより、リード端
子３６を介して固定電極１５の電気信号を外部に引き出
すことができる。なお、その他の構造は、上記した実施
の形態と同様であるので、同一符号を付しその詳細な説
明を省略する。

【００６２】また、この図１７に示した静電容量型圧力
センサを用いたパッケージ構造においても、例えば図１
９に示すようにすることもできる。すなわち、端子パタ
ーン５０を設けた基板５１（実装基板）上に本センサチ
ップ４１をシリコン基板１２の上面の電極取り出し面を
下にして接続してもよい。つまり、シリコン基板１２の
島状ブロック２６及び周枠部１２ａの上面を端子パター
ン５０に接触させることにより基板５１上の回路パター
ンと導通を図り、フリップチップ実装を可能とする。こ
のとき、島状ブロック２６及び周枠部１２ａの上面所定
位置に、アルミを蒸着して電極パッドを設けておいても
よい。

【００６３】そして、本センサチップ４１を覆うように
してカバー５２を基板に取りつけることになる。このカ
バー５２の上面に圧力導入管５３を設け、その圧力導入
管５３を介して測定圧力をセンサチップ４１に供給可能
としている。係る構成が、本発明に係るパッケージング
構造の第４の実施の形態である。

【００６４】なお、カバー５２としては、図示したもの
に限ることはなく、例えば図２０に示すように側面に圧
力導入管５３を設けたものでもよい。さらには、図２１
に示すように基板５１の上面に取り付けるカバー５２は
圧力導入管を設けずに密閉する。そして、基板５１に孔
部５１ａを設け、その孔部５１ａに連続するようにして
基板５１の下面に独立した圧力導入管５５を接続するよ
うにしてもよい。

【００６５】また、ダイアフラムに絶縁層を形成するに
は、例えば図２２に示すプロセスにしたがって製造でき
る。図２２（Ａ）に示す均一な厚さからなるシリコン基
板４２にドライエッチングを行い、絶縁層の形成領域に
凹部４３を形成する。係る凹部４３は、ダイアフラムの
厚さよりも深くなるように形成する（同図（Ｂ））。そ
して、シリコン基板４２の上面全面にＣＶＤを用いて酸
化膜４４を堆積させる。すると、凹部４３内に酸化膜４
４が充填される（同図（Ｃ））。そして、表面研磨によ
って、凹部４３内に入り込んだ領域以外の酸化膜４４を
除去する（同図（Ｄ））。

【００６６】そして、この状態で、通常のダイアフラム
形成と同様の工程を行う。すなわち、シリコン基板４２
の酸化膜４４の形成面側をドライエッチングすることに
よりギャップ用凹部４６を形成する。この時、同時に接
合用凸部１８も形成する（同図（Ｅ））。次いで、シリ
コン基板４２の反対面をウエットエッチングして凹所４
７を形成することにより、ギャップ用凹部４６と凹所４
７の間に薄肉のダイアフラム１３が形成される。この
時、ダイアフラム１３の一部に、酸化膜４４が残存す
る。係る残存した酸化膜４４が絶縁層４０となる。ま
た、同時に島状ブロック２６も形成される。なお、同図
（Ｂ）において凹部４３の形成位置を変えることによ
り、第６の実施の形態のシリコン基板を製造することが
できる。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
圧力センサでは、圧力導入孔の周囲に対向する位置、ま
たは、圧力導入孔の周囲に接合用凸部を形成することに
よって、半導体基板と固定基板を接合する際に、接合用
凸部とその対向面が接合されて、ダイアフラムの圧力導
入孔に対向する領域が固定基板に固定される。よって、
圧力導入孔を形成する際に、その周囲にバリが生じて
も、バリがダイアフラムと接合されて、可動電極と固定
電極の静電容量の変化をばらつかせることはなくなる。
よって、静電容量型圧力センサの不良品の発生率が低下
するので、歩留まりを向上することができる。

【００６８】また、圧力導入孔を介して、センサ内部に
侵入するダイアフラムの変位を妨げる大きさのごみ等
は、接合用凸部によって固定されたダイアフラムによっ
て、センサ内部への侵入を妨げられるので、正確な静電
容量の変化を測定することができる。よって、正確な圧
力を測定することができる。

【００６９】また、本発明に係るパッケージング構造で
は、上記したセンサとしての効果を奏することはもちろ
んのこと、ボンディング処理が容易に行え、生産性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電容量型圧力センサの第１の実
施の形態を示す分解斜視図である。

【図２】本発明に係る静電容量型圧力センサの第１の実
施の形態を示す平面図である。

【図３】図２におけるＡ−Ａ′線矢視断面図である。

【図４】（Ａ）は第１の実施の形態の動作状態を示す断
面図である。（Ｂ）は圧力導入孔の開口部分を示す拡大
図である。

【図５】本発明に係る静電容量型圧力センサの変形例を
示す図である。

【図６】接合用凸部の変形例を示した図である。

【図７】本発明に係る静電容量型圧力センサの第２の実
施の形態を示す図である。

【図８】（Ａ）は、本発明に係る静電容量型圧力センサ
の第３の実施の形態を示す平面図である。（Ｂ）は、図
（Ａ）におけるＢ−Ｂ′線矢視断面図である。

【図９】（Ａ）は、本発明に係る静電容量型圧力センサ
の第４の実施の形態を示すシリコン基板の平面図であ
る。（Ｂ）は、その圧力センサの断面図である。

【図１０】本発明に係る静電容量型圧力センサの第５の
実施の形態を示す断面図である。

【図１１】（Ａ）は、本発明に係る静電容量型圧力セン
サの第６の実施の形態を示す平面図である。（Ｂ）は、
固定電極１５の中央部分を示す図である。

【図１２】図１１（Ａ）におけるＣ−Ｃ′線矢視断面図
である。

【図１３】本発明に係るパッケージング構造の第１の実
施の形態を示す図である。

【図１４】本発明に係るパッケージング構造の第２の実
施の形態を示す図である。

【図１５】本発明に係るパッケージング構造の第２の実
施の形態の変形例（その１）を示す図である。

【図１６】本発明に係るパッケージング構造の第２の実
施の形態の変形例（その２）を示す図である。

【図１７】（Ａ）は、本発明に係る静電容量型圧力セン
サの第７の実施の形態を示す平面図である。（Ｂ）は、
図（Ａ）におけるＤ−Ｄ′矢視断面図である。

【図１８】本発明に係るパッケージング構造の第３の実
施の形態を示す図である。

【図１９】本発明に係るパッケージング構造の第４の実
施の形態を示す図である。

【図２０】 本発明に係るパッケージング構造の第４の
実施の形態の変形例（その１）を示す図である。

【図２１】本発明に係るパッケージング構造の第４の実
施の形態の変形例（その２）を示す図である。

【図２２】絶縁層付きのダイアフラムを製造するプロセ
スの一例を示す図である。

【図２３】従来例を示す図である。

【図２４】（Ａ）は図２３（Ｂ）におけるＡ部を拡大し
た図である。（Ｂ）は図２３（Ｂ）におけるＢ部を拡大
した図である。

【図２５】従来の静電容量型圧力センサの動作状態を示
す図である。

【符号の説明】

１１ ガラス基板（固定基板） １１ａ 圧力導入孔 １２ シリコン基板（半導体基板） １２ａ 周枠部 １３ ダイアフラム １４ 圧力室 １５ 固定電極 １６ 可動電極 １７ａ 固定電極用の引出配線 １８ 接合用凸部 ２２ 絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−72807（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−61272（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−320268（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−329518（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−288624（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/84 G01L 9/12

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定電極が形成された固定基板と、周枠
   部の内側にダイアフラムが形成された半導体基板とが接
   合され、 前記固定電極に対向する前記ダイアフラム面に可動電極
   を設け、 前記固定基板の前記ダイアフラムの中心に対向する位置
   に圧力導入孔が形成され、 前記固定電極は前記圧力導入孔の周囲を除くように形成
   され、 前記圧力導入孔の周囲と、前記ダイアフラムの前記圧力
   導入孔の周囲に対向する位置の少なくとも一方に、前記
   圧力導入孔からセンサ内部への圧力導入経路を閉塞しな
   いように接合用凸部を設け、 前記接合用凸部が対向する基板に接合されていることを
   特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記固定基板の表面に、前記固定電極に
   連続する引出配線が形成され、 前記半導体基板の少なくとも前記引出配線に対向する位
   置に絶縁膜が形成され、その絶縁膜と前記引出配線を密
   着させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
   静電容量型圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記可動電極の内周または外周に相当す
   る前記ダイアフラム部位に無端状の絶縁層を設け、その
   絶縁層の内外を絶縁し、 前記ダイアフラムの中央部位を肉厚にして島状ブロック
   を形成するとともに、前記島状ブロックと前記周枠部
   を、前記絶縁層によって電気的に絶縁し、 かつ前記島状ブロックと前記周枠部のうち一方を前記可
   動電極に導通し、他方を前記固定電極に導通させること
   により、前記半導体基板から前記可動電極と前記固定電
   極のそれぞれの電極取り出しを可能としたことを特徴と
   する請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の静電容量型圧力センサ
   と、 その静電容量型圧力センサを収納するパッケージとを備
   え、 前記固定基板をパッケージの底面側に位置するように収
   納し、 前記パッケージの所定高さ位置に設けた複数のリード端
   子と、前記半導体基板に設けた島状ブロック及び周枠部
   の表面をそれぞれ接続するようにしたパッケージング構
   造。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の静電容量型圧力センサ
   と、 その静電容量型圧力センサを収納するパッケージとを備
   え、 前記半導体基板をパッケージの底面側に位置するように
   収納し、 前記パッケージの所定位置に設けた複数の端子と、 前記半導体基板に設けた島状ブロック及び周枠部の表面
   をそれぞれ接続するようにしたパッケージ構造。