JP4697853B2

JP4697853B2 - 圧力スイッチおよびその製造方法

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Publication number: JP4697853B2
Application number: JP2005006345A
Authority: JP
Inventors: 宏鎌田
Original assignee: エヌイーシーショットコンポーネンツ株式会社
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP2006194734A

Description

本発明は、空気、ガス、液体などの流体をダイヤフラム機能する可撓性隔壁体の両面に作用させて圧力差を撓み変位により検知し、その大きさに応じた情報を電気的信号にして後続の機器やシステムにデジタル信号の形で伝達する圧力スイッチおよびその製造方法に関し、特に小形化によりタイヤの空気圧測定やタイヤ空気圧監視システムに好適な圧力スイッチおよびその製造方法に関する。

産業機械等に使用されるコンプレッサや輸送業界の自動車用タイヤでは圧力変化を検知するセンサが必要とされ、検知信号を電気的信号に変換して利用する圧力スイッチが知られている。たとえば、輸送手段に自動車を利用する場合に、走行する車両タイヤの内圧を正常に維持することが安全上重要となり、タイヤの内圧を監視するシステムや異常圧力を検知する圧力センサの必要性が提案されている。従来知られている圧力スイッチには、圧力に応じて変形するダイヤフラムやべローズと単一の接点を使用したものとアナログタイプの圧力センサとＡＤ変換器とで構成したものとがある。前者の圧力スイッチとしては、特許文献１に記載の圧力スイッチと送信機を組み合わせた圧力センサがあり、２つの筐体を組み合わせた継ぎ目の部分に挟み込まれるように膜状に張られた可動電極とこの可動電極に対向して保持した固定電極とを具備している。また、特許文献２はダイヤフラムとベローズとを組み合わせた有底円筒形状のベロフラムを備えた圧力スイッチを開示する。さらに、特許文献３は筐体内に保持した固定電極に対応して可動電極を取り付けたダイヤフラムを配置して固定電極の通気孔を介して採り込む外気圧でダイヤフラムを変形させて固定−可動電極間の当接と離隔を生じさせて圧力を検出する圧力センサを開示する。
特開平５−１０７１４１号公報特開平２−１６５５２９号公報特開２００１−３０５０００号公報

一方、後者のアナログタイプ圧力センサとＡＤ変換器により構成する圧力スイッチには、特許文献４に記載されるように圧力変化をダイヤフラムの撓み変化に変換し、それにより生ずる電極間距離を静電容量として検知して圧力値に換算して信号伝達し表示するものがある。また、圧力変化をダイヤフラムの撓み変化に変換し、これをピエゾ抵抗値に変換しブリッジ法などで検出してデジタル信号で圧力値を伝達し表示する圧力スイッチが特許文献５に開示される。
特開２０００−３５６５６２号公報特開平１０−２３９１９０号公報

ところで、特許文献１ないし３が記載する圧力スイッチは、特定の圧力基準値に対してＯＮ／ＯＦＦ動作するもので閾値が１個であり、状況に応じて異なる圧力を検出できない欠点がある。また、圧力スイッチとしての構造が大きくて重たいなどからタイヤ内圧の検出器として適当でなく、軽薄短小化圧力スイッチとしての要請に適合しない。また、特許文献４および５が記載する圧力スイッチはアナログタイプ圧力スイッチとＡＤ変換器の分解能に応じて複数の閾値設定を可能にするが、検出された電気信号の処理に複雑な回路が要求され、圧力検出システムの構築が複雑化してコストアップを招くなどの欠点がある。特に、静電容量やピエゾ抵抗の検出信号を処理する際にはＡＤ変換器や温度補正での数値換算の電子回路が要求され、コストアップに加えて動作処理に電力を所要し装置の簡素化が困難である。

従って、本発明は上述する欠点に鑑み提案されたものであり、小形で簡素化された構造としてコストメリットが発揮できると同時に消費電力をほとんど必要とせず且つ複数の閾値が設定可能として各々の閾値に対する圧力状態を検知してデジタル信号を伝達できる圧力スイッチおよびその製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明の別の目的は、ダイヤフラム式圧力差の検出に可撓性隔壁を使用して複数個のスイッチ接点を設けて複数の閾値を設定する新規且つ改良された圧力スイッチの提供、およびこのような圧力スイッチを複数個のスイッチ素子として同時に一括して製作する新規且つ改良された圧力スイッチの製造方法を提案することにある。

上記目的を達成するため、本発明に基づく圧力スイッチは、可撓性隔壁とその表面に共通電極または切換電極を形成した第１基板部材と、表面に切換電極または共通電極を形成してこの第１基板部材に対向配置した第２基板部材とを具備し、可撓性隔壁はその両面に作用する圧力差に応じて撓み変位を生じ、前記第１基板部材の共通電極または切換電極および前記第２基板部材の切換電極または共通電極を接離させ、可撓性隔壁の撓み変位に応じて予め設定した閾値で導通（ＯＮ）または非導通（ＯＦＦ）信号を検出する圧力スイッチを提供する。ここで、切換電極は撓み変位に関連した複数個の電極体を備え、各電極体がそれぞれの閾値を有することを特徴とする。また、第１基板部材は可撓性隔壁の裏面側に空洞が形成され、この空洞開口に第３基板部材を配置し、空洞内を所定圧力に調整して気密封着する密閉室を設けたこと、さらに、第２基板部材は測定外界に通ずる通気孔を有する金属または絶縁物の平板部材からなり、可撓性隔壁の外側周辺部分で第１基板部材と貼り合わせ合体した圧力スイッチを開示する。

本発明によれば、第１基板部材は半導体基板からなり、可撓性隔壁の表面部分に切換（または共通）電極が設けられ、その外周部分に固定電極および結合部が設けられ、第２基板部材は通気孔を有する絶縁性平板部材の一方の面に共通（または切換）電極が設けられ、第１基板部材および第２基板部材が結合部で貼り合わせ合体し、第１（または第２）基板部材に設けたそれぞれの電極導出部を経由してＯＮ−ＯＦＦ信号が外部導出される圧力スイッチを提供する。ここで、可撓性隔壁の両面に作用する圧力差が最小または最大時に切換電極の全てをそれぞれ導通または非導通状態に設定され、それにより可撓性隔壁の撓み変位に応じて、共通電極と切換電極との接続を順次切換えてＯＮ−ＯＦＦ信号を検出する圧力スイッチを開示する。

本発明の別の観点によれば、可撓性隔壁とその表面に共通電極または切換電極とを形成した第１基板部材と、この第１基板部材に対向配置し表面に切換電極または共通電極を形成した第２基板部材とを具備し、前記可撓性隔壁はその両面に作用する圧力差に応じて撓み変位を生じ、前記第１基板部材の共通電極または切換電極および前記第２基板部材の切換電極または共通電極を接離させ、前記圧力差により予め設定した閾値で導通（ＯＮ）または非導通（ＯＦＦ）信号を検出する圧力スイッチを製造する方法であって、第１基板部材は半導体基板からなり、前記可撓性隔壁および共通または切換電極を半導体プレーナ技術により単一基板上に複数個のスイッチセグメントを同時処理して作製することを特徴とする圧力スイッチの製造方法が提示される。具体的には、第１基板部材として半導体基板の単結晶シリコンウエファ表面に不純物拡散層を形成する拡散工程、所定パターンの電極層を形成する蒸着工程、他方の面に空洞と肉薄部分を形成するエッチング工程、第２基板部材の平板部材に導電材のセグメント電極層を形成して第１基板部材に貼り合わせ合体する結合工程、第３基板部材の閉止部材を空洞開口に配置し空洞内を所定気圧の密閉室を形成する気密封着工程、および複数個のスイッチセグメントを分割するダイシング工程を含む圧力スイッチの製造方法である。

換言すると、表面に第１電極を形成した可撓性隔壁からなる第１基板部材と、前記第１基板部材に対向配置される表面に第２電極を形成した第２基板部材とを具備し、前記可撓性隔壁は両面に作用する圧力差で撓み変位を生じ、この変位度合いにより予め設定した閾値で前記第１電極および前記第２電極を接離させてスイッチングする圧力スイッチにおいて、前記第１電極が共通電極である第１基板部材と、この第１基板部材に対向配置した前記第２電極が複数個の切換電極である前記第２基板部材と、さらに、前記第１基板の可撓性隔壁裏面に所定気圧の密閉室を形成する閉止部材の第３基板部材とを具備し、前記可撓性隔壁は両面に作用する圧力差に応じて撓み変位を生じ、前記共通電極および前記切換電極を接離させ、前記圧力差の変位度合いにより設定した閾値で導通（ＯＮ）または非導通（ＯＦＦ）信号を検出する圧力スイッチを製造する方法であって、前記第１基板部材は半導体基板であり、その一方の面に共通電極を不純物拡散層で形成する拡散工程と、他方の面に空洞と肉薄部分を形成するエッチング工程と、空洞開口に閉止部材の第３基板部材を配置して空洞内を所定気圧に調整した密閉室を形成する気密封着工程と、複数個の切換電極を前記第２基板部材の一方の面に形成したスイッチセグメントを分離分割するダイシング工程を含むことを特徴とする圧力スイッチの製造方法を提案する。たとえば、第１電極として共通電極を可撓性隔壁の表面に形成した第１基板部材と、第２電極として複数個の電極体からなる切換電極を絶縁性平板部材の表面に形成した第２基板部材と、第１基板部材の可撓性隔壁裏面側に所定気圧の密閉室を形成する第３基板部材とを具備し、可撓性隔壁はその両面に作用する圧力差に応じて撓み変位を生じて共通電極および切換電極の接離により予め設定した閾値で導通（ＯＮ）または非導通（ＯＦＦ）信号を生成する圧力スイッチの製法において、共通電極を半導体基板の一方の面に不純物拡散層で形成する拡散工程と、他方の面に空洞と肉薄部分を形成するエッチング工程後に空洞開口に第３基板部材を配置し空洞内を所定気圧に調整した密閉室を形成する気密封着工程と、さらに複数個のスイッチセグメントを分割するダイシング工程を含むことを特徴とする圧力スイッチの製造方法が開示される。

本発明によれば、構造的に小形で簡素化され、量産化に適合する圧力スイッチが容易に製作されコスト面で有利となる。特に、本発明は複数個の切換電極を設けているので、可撓性隔壁の両面に作用する圧力の差に応じた撓み変位を生じ、それによって複数個の切換電極が順次共通電極から離接して複数個の閾値として圧力変化を検出することができる。また、可撓性隔壁の他方の面に標準圧力の密閉室を設けるので一方の面に作用する圧力測定が正確且つ容易に実現される。したがって、この圧力スイッチを用いてタイヤ空気圧監視システムの構築を容易にする。また、半導体装置のプレーナプロセスが利用され、半導体装置における不純物拡散、絶縁酸化膜形成、エッチング、ダイシング等のプロセス技術を利用して製造工程の作業性を大幅に改善し作業効率を向上できる。

一方、密閉室の基準圧力に比べて測定すべき外部の圧力が十分に低い場合には共通電極と切換電極が当接するので基準圧力との圧力差が検知でき、その圧力差を切換電極の数に応じた閾値レベルで比較監視でき、これらの多数の閾値をＩＣタグと組み合わせることで外部からの信号に呼応して自らのＩＤ情報を返信する監視システムが実現できる。たとえば、タイヤの空気圧を適切な値に維持することの重要性に鑑み、走行中にタイヤ内部の圧力を測定制御するタイヤ空気圧監視システム（ＴＰＭＳ）の圧力センサとして本発明に係る圧力スイッチが適用できる。このように、圧力監視対象空間内に設置しておけばその空間内の圧力が正常か否かを監視できるセンサが提供できる。

本発明に基づく実施の形態は、表面に第１電極を形成した可撓性隔壁からなる第１基板部材と、前記第１基板部材に対向配置される表面に第２電極を形成した第２基板部材とを具備し、前記可撓性隔壁は両面に作用する圧力差で撓み変位を生じ、この変位度合いにより予め設定した閾値で前記第１電極および前記第２電極を接離させてスイッチングする圧力スイッチであり、前記第１基板部材は前記可撓性隔壁の裏面側に空洞が形成され、この空洞開口に第３基板部材を配置し、空洞内を所定圧力に調整した密閉室を設けると共に前記第２基板部材は通気孔を有する平板部材からなり、前記第１基板部材の可撓性隔壁外周部で張り合わせ合体することを特徴とする。また、前記平板部材の一方の面に前記共通電極が設けられ、前記可撓性隔壁の表面に前記切換電極が設けられ、その外周に固定電極および結合部が設けられ、前記第１基板部材および前記第２基板部材を前記結合部で接合し、前記切換電極および前記固定電極のそれぞれの導出部を経由してスイッチングするＯＮ−ＯＦＦ信号を外部導出させることを特徴とする圧力スイッチを提供する。したがって、第１の実施態様としては、可撓性隔壁の第１基板部材の第１電極に対向配置させ第２電極を有する第２基板部材とを具備し、可撓性隔壁の両面に作用する圧力差に応じた撓み変位を生じさせ、この圧力差が変位の最小または最大時に第１および第２電極の電極体の全てを導通（ＯＮ）または非導通（ＯＦＦ）の状態に設定し、共通電極と切換電極との接続状態を順次切換えてＯＮ−ＯＦＦ信号を検出する圧力スイッチである。ここで、ダイヤフラムとして機能する可撓性隔壁は、その一方の面には電極体が設けられており、圧力差に応じて撓み変位が生じ、対向側の電極体との接離により予め設定した閾値で圧力を検出して電気的信号により伝達または表示する圧力スイッチが提供される。

本発明の第２の実施態様は、可撓性隔壁とその表面に共通電極を形成した第１基板部材と、表面に切換電極を形成した第２基板部材とを具備し、この第２基板部材を第１基板部材に対向配置しそれぞれの周辺部分で貼り合わせ合体で結合する。可撓性隔壁はその両面に作用する圧力差に応じて撓み変位を生じ、第１および第２基板部材の共通電極および切換電極を接離させ、圧力差により予め設定した閾値で導通（ＯＮ）または非導通（ＯＦＦ）信号を検出する圧力スイッチであり、切換電極は撓み変位に関連した複数個の電極体を備えて各電極体がそれぞれの閾値を有する。したがって、第１の実施態様と同様に可撓性隔壁の両面に作用する圧力差に応じた撓み変位は、予め設定される閾値によって、共通電極および切換電極の接続状態を順次切換えてＯＮ−ＯＦＦ信号を検出する。いずれの実施態様においても第１基板部材の半導体基板はその裏面側に空洞が形成され、この空洞開口に第３基板部材を配置し、所定圧力に調整した状態で気密封着した密閉室を設けている。なお、第２基板部材は通気孔を有する金属または絶縁材の平板部材からなり、第１基板部材と前記可撓性隔壁の外側周辺部分で貼り合わせ合体されている。この圧力スイッチは、２〜３ｍｍのダイス形状の簡素化された構造であるので１枚の半導体シリコンウエファ内に多数個が同時に作製され、量産化によるコストメリットが期待される。従って、圧力スイッチをＩＣタグと組み合わせてタイヤの内部に装着することでタイヤ空気圧監視システムに使用されるなど外部からの信号に呼応して内部圧力を検出できる。

本発明の別の実施形態は上述する圧力スイッチの製造方法であり、半導体基板に対してプレーナ技術が適応される。たとえば、シリコンウエファに対してリン拡散層の形成、加熱処理による酸化膜またはその他の絶縁層の形成、金属蒸着による共通または切換電極の形成、エッチングによる可撓性隔壁の形成などが第１基板部材の製作プロセスに含まれる。またガラス等の平板部材に切換または共通電極を形成する第２基板部材の調製やこの第２基板部材を前述の第１基板部材に貼り合わせる結合工程、第１基板部材のエッチングによる空洞部の開口側に所定気圧の密閉室を形成するガラス閉止部材を用いた陽極接合などによる気密封着工程、および作製された多数のスイッチセグメントを分割して個別化するダイシング工程を含む圧力スイッチの製造方法である。したがって、多数の圧力スイッチセグメントが一括して同時に処理できるので作業効率がよく、完成された圧力スイッチは小形で軽量化され、高い精度と信頼性の製品を安価に提供できるなど工業的価値が高い。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について詳述する。図１および図２は本発明に係る圧力スイッチの拡大断面図で圧力差が検出されない状態を示す。この実施例の圧力スイッチは、肉薄部分である可撓性隔壁１１を設けた半導体基板１２とその表面に絶縁膜を介して形成した切換電極１３を設けた第１基板部材１０と、貫通する通気孔２１を形成した絶縁平板ガラス基板２２に導電層の共通電極２３を設けて第１基板部材１０に対向配置した第２基板部材２０と、可撓性隔壁１１の裏面側に密閉室１５を設けるために第１基板部材１０と気密封着した第３基板部材３０とを具備し、可撓性隔壁１１の両面に作用する圧力差に応じて生ずる撓み変位を、切換電極１３および共通電極２３の接離により、予め設定した閾値で導通（ＯＮ）または非導通（ＯＦＦ）信号を検出する構造である。切換電極１３は、図に示すように、圧力差に応じた撓み変位に関連した複数個の電極体１３ａ、１３ｂ、１３ｃを備え、各電極体はそれぞれの閾値により、図３に示すように、圧力差に応じて生ずる撓み変位をＯＮ−ＯＦＦ信号として検出する。半導体基板１２上で可撓性隔壁１１の外周部分には固定電極１４が設けられ、可撓性隔壁１１の肉薄部分の切換電極１３と共に所定厚みの導電材による円形状接点部を形成している。また、半導体基板１２の肉薄部分裏面側の密閉室１５は空洞開口にガラス板３２である第３基板部材３０を配置し空洞内を所定圧力に調整して半導体基板１２と陽極接合などにより気密封着される。より詳しくは、第１基板部材１０は、たとえば、単結晶シリコン半導体基板１２の一方の面である表面側にリンの拡散層と加熱処理した酸化絶縁膜１６が全面に形成され、その上に複数個の電極体の切換電極１３と単一の固定電極１４とがＣｒ金属の蒸着とＮｉめっきにより形成される。一方、半導体基板１２の裏面側はエッチングされた肉薄部分の可撓性隔壁１１と空洞の密閉室１５が形成されるが、密閉室１５はエッチングカットの空洞開口に閉止用ガラス板３２の第３基板部材３０を配置して半導体基板１２の裏面周辺部に陽極接合で気密封着され、その内部圧力は基準圧に調整している。また、第１基板部材１０に対向して配置される第２基板部材２０はガラス製平板部材２２とその表面にＡｌやＣｒ等の金属にＮｉめっきを施した導電パターンからなる共通電極２３とで構成している。この共通電極２３は第１基板部材１０の表面側に設けた切換電極１３および固定電極１４と対接するよう第１基板部材１０および第２基板部材２０は互いに貼り合わせて合体されている。それ故に、可撓性隔壁１１に空気、ガス、液体などの流体圧が両面から作用して圧力差が生ずると、圧力差に応じて可撓性隔壁１１に撓み変位を生じ、その上面に形成された切換電極１３の複数の電極体を順次変位させ、共通電極２３との接続状態を切換えてＯＮ−ＯＦＦ信号を発生させる。ここで、圧力差が最小のゼロにおいて、全ての電極体の切換電極１３が共通電極２３と接続する導通状態（ＯＮ）に設定し、圧力差が最大の場合に、全ての電極体の切換電極１３が共通電極２３と接続しない非導通状態（ＯＦＦ）に設定する。

図２は図１のII―II線に沿った部分断面を示し、第２基板部材２０とその通気孔２１の配置された対応位置を点線で示している。圧力スイッチの寸法はほぼ３ｍｍ角に作製され、図示されるシリコン半導体基板１２の酸化絶縁膜１６上の表面には切換電極の複数個の電極体１３ａ、１３ｂ、１３ｃが可撓性隔壁の肉薄部分対応位置に、また、単一の固定電極が可撓性隔壁の外側周辺位置にそれぞれ接点部として形成される。これらの接点部は、例えば、クロム電極にニッケルや金などの酸化し難い金属めっきを施して形成するのが好ましく、これらの電極体および固定電極の接点部からの信号を伝送するために電極体導出部１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび固定電極導出部１８に接続される。すなわち、切換電極１３および固定電極１４の接点部は共に対向する共通電極２３と接触する部分であるが、生成信号は電極体導出部１７ａ〜１７ｃおよび固定電極導出部１８を経由して圧力スイッチを検出する信号用接続ターミナルから引き出される。第１および２基板部材１０、２０を貼り付けるために半導体基板１１のコーナには両者を接着する結合部１９が設けられる。また、各導出部１７ａ〜１７ｃおよび１８の導電層は接点部に比べて薄い導電層で形成し、それによって導出部と共通電極２３との接触を回避している。なお、この実施例は切換電極１２の電極体を３個としたが、要求される検出値の数に応じた閾値を得るために必要な数で切換電極の電極体の個数が決められ、検出された圧力差を高い精度の電気的信号として外部回路に導出伝送されて圧力監視システムに利用される。ここで、第２および３基板部材にはガラスが使用されたが金属板を加工して使用することもできる。

図３は本発明の圧力スイッチに圧力差がある場合の拡大断面図を示している。ダイヤフラム的に機能する可撓性隔壁１１の表面に第２基板部材の通気孔２１を通じて外界の圧力が密閉室１５内の圧力より高い場合、圧力差に応じた圧力の検知状態となり、外界の圧力に応じて変化する切換電極１３の複数個の電極体と共通電極２３との接続状態を示す。本発明の特徴は、切換電極１３を少なくとも２個以上の電極体で構成することで可撓性隔壁１１の撓み変位に応じて切換電極１３の一部電極体がＯＮで残りの電極体がＯＦＦの信号を発生させ、切換電極１３の電極体数に応じた閾値でもって圧力検出ができる。したがって、複数の圧力検知情報を電気的信号として伝達または表示でき、これを圧力監視システムにも利用可能である。

本発明に係る圧力スイッチの別の異なる実施例を図４および図５に示す。図４の実施例では図１の実施例と同一部分については同一符号で示し、図５では図４の対応部分についての詳細な説明を省略する。先ず、図４の実施例では第１基板部材１０は、単一の共通電極２４が、図１に示す拡散層と絶縁層を介して設けた切換電極と固定電極に代えて、半導体基板１２の全面に薄く形成される。第２基板部材２０には図１の切換電極と共通電極に代えて切換電極２５および固定電極２６を設けると共にそれぞれの導出部２７、２８を設ける。また、これらの導出部２７、２８は絶縁基板２２を貫通する導通スルーホール２９を中継して電極面の反対側に引き出してターミナルとする。一方、図５の実施例は図４に示す実施例の変形例であり、第１基板部材１０である半導体基板１２のシリコンウエファにリンの不純物拡散層を導電層として可撓性隔壁１１自体を共通電極とする。これにより、構造の簡素化を図り構成部品点数を削減し製造工程の簡略化を図ると同時にエッチング加工による肉薄部分の可撓性隔壁１１をより敏感にして精度を向上させる。

本発明に係る圧力スイッチは、単一の半導体基板上に複数個のスイッチセグメントを同時処理する製造方法で作製される。製造プロセスのほとんどの工程が基板単位で一括処理され作業を効率的かつ量産化に有利な方法で実施でき、製品単価を安価にしてローコスト化にも大きく寄与する。すなわち、可撓性隔壁とその表面に共通電極または切換電極とを形成した第１基板部材と、表面に切換電極または共通電極を形成し前記第１基板部材に対向配置した第２基板部材とを具備し、可撓性隔壁の両面に作用する圧力差に応じて撓み変位を生じさせ、予め設定した閾値で導通（ＯＮ）または非導通（ＯＦＦ）信号を検出する圧力スイッチの製造方法において、第１基板部材の可撓性隔壁および共通または切換電極を半導体プレーナ技術により単一の半導体基板上に複数個のスイッチセグメントを同時処理して作製することを提示する。

以下、図１に示す圧力スイッチの製造方法を図６に示す製造プロセスにより説明するが、他の実施例にも同様なプロセスが適用される。先ず、第１基板部材となる半導体基板のシリコンウエファ表面に単一の固定電極と切換電極の複数の電極体を設けるために、前処理工程Ａで単結晶シリコンウエファ４０が準備される。このシリコンウエファ４０の一方の面である表面側に不純物拡散層４２を形成する拡散工程Ｂ、拡散層４２上に絶縁層４４を形成する加熱工程Ｃおよび絶縁層４４上に複数個の電極体の切換電極と単一の固定電極となるパターン電極層４５を形成する蒸着工程Ｄが実施される。一方、シリコンウエファ４０の他方の面である裏面側に空洞４６と肉薄部分４８を形成するエッチング工程Ｅを経て可撓性隔壁が加工され、所定の標準気圧に調製された密閉室を形成するために、第３基板部材の閉止用ガラス板３２が第１基板部材の空洞４６の開口に配置して閉止する気密封着工程Ｆが実施される。次に、第２基板部材として通気孔をカッテング形成し洗浄する予備処理工程Ｇ1で通気孔を有するガラス平板５０が準備される。このガラス平板表面に電極用導電材の蒸着パターニング工程Ｇ2で導電パターン５２が形成され共通電極となる。このようにして用意された第２基板部材は前述の第１基板部材と貼り合わせ合体する結合工程Ｇが実施される。その後、第２基板部材のガラス平板５０を所定寸法に切り込むカッテングと第１および第３基板部材をスイッチセグメント単位で分離分割するダイシング工程Ｈを実施して個別化された圧力スイッチの検査工程Ｉを経て製品が完成する。この製造方法は多数のスイッチセグメントを同時的に加工処理するので製品品質の安定化を図ると共に作業効率を高めて量産化による製造コストの低減に役立つ。

本発明に係る圧力スイッチは外界と所定の圧力に調整されて気密封着された密閉室の内圧とを可撓性隔壁に作用させ、その圧力差による可撓性隔壁の撓み変位を検知して共通電極と切換電極間の接離でＯＮ−ＯＦＦ信号を生成してターミナル用外部端子に導出する。すなわち、可撓性隔壁は基準圧力となる密閉室の圧力の大きさに依存して当接状態ＯＮと非当接状態ＯＦＦとの少なくとも２通りの状態を取り得るように位置関係が設定される。たとえば、外部の圧力が十分高い場合には、密閉室の内側に向かって撓み、その結果、切換電極または共通電極が変位して対向する共通電極または切換電極から離隔してＯＦＦ信号を出力させる。逆に、外部の圧力がある程度以上低い場合、可撓性隔壁は撓まず変位が生じないために切換電極と共通電極は接触状態となってＯＮ信号を出力する。このようにして、切換電極の電極体数で決る閾値に応じた圧力が検出可能となる。そして、検出可能な圧力は外部圧力が密閉室の基準圧力より高い場合であり、密閉室の内部圧力の調整によって検出できる圧力範囲が定まることになる。

この圧力スイッチをＩＣタグと組み合わせて、外部からの信号に呼応して自らのＩＤ情報を返信するようにした応用例を図７に示す。圧力スイッチはタイヤの内部に設置してあり、圧力スイッチの密閉室内の圧力をタイヤの正常圧力の下限度値以下に設定して用いる。図７の例においては、ホイール２に取り付けられたタイヤ１の内部に圧力スイッチ付きＩＣタグ４が設置されている。タイヤ１は空気を出し入れするためのバルブ３を有する。このタイヤ１の外部の適当な場所には、圧力スイッチ付きＩＣタグ４のＩＤ情報を読み取るためのＩＣタグリーダ５が配置されている。圧力スイッチ付きＩＣタグ４は、パッシブ型のＩＣタグに上述の圧力スイッチを組み合わせて構成する。したがって、複数の閾値でＯＮ−ＯＦＦ信号を検出する圧力スイッチである。たとえば正常圧力範囲が０．１５ＭＰａないし０．２５ＭＰａと定められている場合において、切換電極を５個の電極体として設け、それぞれの閾値を０．１０ＭＰａ、０．１５ＭＰａ、０．２０ＭＰａ、０．２５ＭＰａ、０．３０ＭＰａに設定した場合には、外部圧力とそれぞれの切換電極の開閉状態との関係は表１に示したようになり、圧力に応じた６段階の情報を得ることが可能となる。

なお、「パッシブ型のＩＣタグ」とは、バッテリを内蔵せず、ＩＣタグリーダから発信される電波を受けたときにその電波による誘導起電力を利用して発電を行ない、得られた電力によって、ＩＣタグ内のメモリに記録されている情報を送信するものである。このときメモリに記録されている情報を各ＩＣタグごとに異なるもの、すなわち個々のＩＣタグを識別するＩＤ番号としておけば、このような圧力スイッチ付きＩＣタグ４を内部に設置したタイヤ１が複数ある場合でも、ＩＣタグリーダ５から見れば返信されてくるＩＤ番号によってどのタイヤからの信号か区別することができるので、タイヤごとの個別の内圧監視を１台のＩＣタグリーダ５によって一括して行なうことができる。

本発明に係る実施例で圧力スイッチの圧力差のない場合の断面図である。同じく図１の圧力スイッチのII−II線に沿った部分断面平面図である。同じく図１の圧力スイッチの圧力差を検出する場合の断面図である。本発明に係る別の実施例の圧力スイッチを示す部分断面図である。本発明に係る更に別の実施例の圧力スイッチを示す部分断面図である。本発明に係る圧力スイッチの製造工程を示す工程毎の部分断面図である。本発明の圧力スイッチをＩＣタグと使用した応用例の説明図である。

符号の説明

１；タイヤ、２；ホイール、３；バルブ、４；圧力スイッチ付タグ、
５；ＩＣタグリーダ、１０；第１基板部材、１１；可撓性隔壁、
１２；半導体基板、１３、２５；切換電極、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ；電極体、
１４、２６；固定電極、１５；密閉室、１６；絶縁膜、
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、２７；電極体導出部、１８、２８；共通電極導出部、
１９；結合段部、２０；第２基板部材、２１；通気孔、２２；ガラス基板、
２３、２４；共通電極、２９；導通スルーホール、３０；第３基板部材、３２；ガラス板、
４０；シリコンウエファ、４２；拡散層、４４；絶縁層、４５；電極層、
４６；空洞、４８；肉薄部分、５０；ガラス平板、５２；導電パターン。

Claims

表面に共通の第１電極を設けた可撓性隔壁の第１基板部材と、表面に複数個の切換用第２電極を設けて前記可撓性隔壁に対向配置した第２基板部材と、この可撓性隔壁の裏面側に形成した空洞の開口に第３基板部材とを備え、前記空洞内を所定圧力に調整した密閉室とし、前記第２基板部材は通気孔を有する平板部材であり、前記可撓性隔壁の外周部で張り合わせ、前記可撓性隔壁の両面に作用する圧力差の度合で生ずる撓み変位を、予め設定する閾値により、前記第１電極および前記第２電極を接離させてスイッチングする圧力スイッチ。
第１基板部材は一方の面に不純物拡散層を形成し、他方の面に空洞と肉薄部分をエッチングにより調製した半導体基板からなり、前記共通電極および可撓性隔壁が単一基板上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。