JP4798605B2

JP4798605B2 - Capacitive pressure sensor

Info

Publication number: JP4798605B2
Application number: JP2005303708A
Authority: JP
Inventors: 泰明松儀
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: JP2007113969A

Description

本発明は、被測定圧力に応じた静電容量を圧力として検出するダイアフラム構造を備えた静電容量型圧力センサに関する。 The present invention relates to a capacitance-type pressure sensor having a diaphragm structure that detects a capacitance corresponding to a pressure to be measured as a pressure.

従来から被測定圧力の変化を静電容量の変化として検出するダイアフラム構造を備えた圧力センサは広く知られている。かかる圧力センサの一例として、ダイアフラムの真空室側であって起歪領域近傍に可動プレートを接合し、可動プレートの外周部とダイアフラムの固定部との対向面にそれぞれ可動電極と固定電極を形成してかかる電極間の静電容量の変化を圧力の変化として検出する圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a pressure sensor having a diaphragm structure that detects a change in pressure to be measured as a change in capacitance is widely known. As an example of such a pressure sensor, a movable plate is joined to the vacuum chamber side of the diaphragm and in the vicinity of the strain-generating region, and a movable electrode and a fixed electrode are formed on opposite surfaces of the outer peripheral portion of the movable plate and the fixed portion of the diaphragm, respectively. A pressure sensor that detects a change in capacitance between the electrodes as a change in pressure is known (for example, see Patent Document 1).

また、センサチップをパッケージにしっかりと支持するために、パッケージの金属製の枠体にメタルプレート、カバープレート、及び緩衝部材を介してセンサチップを支持するとともに、カバープレートをメタルプレートと基台で挟み込んで拘束した構造の圧力センサも考えられている。
特開２００２−２６７５５９（７頁、図２） In order to firmly support the sensor chip on the package, the sensor chip is supported on the metal frame of the package via the metal plate, the cover plate, and the buffer member, and the cover plate is supported by the metal plate and the base. A pressure sensor having a structure sandwiched and restrained is also considered.
JP 2002-267559 (page 7, FIG. 2)

このような圧力センサを用いて微圧を測定する際、圧力センサ自体が高精度であるために、パッケージに固定されたセンサ素子に、パッケージや固定材料の温度の変化に起因する熱応力が伝わり、それをセンサ素子が検出することにより測定誤差を生ずるという問題がある。 When measuring a small pressure using such a pressure sensor, the pressure sensor itself is highly accurate, so thermal stress caused by changes in the temperature of the package or fixing material is transmitted to the sensor element fixed to the package. There is a problem that a measurement error is caused by detecting the sensor element.

そのため、出願人はこのような問題を解決するために未だ公知ではない新たな静電容量型圧力センサを提案している。かかる静電容量型圧力センサは、図１及び図２に示す基本的構造を有しており、具体的には圧力を検出するセンサチップ３０と、センサチップ３０を支持する台座プレート２０（２１，２２）と、台座プレート２０（２１，２２）に接合され、当該台座プレート２０（２１，２２）を支持する支持ダイアフラム５０とを有し、支持ダイアフラム５０がパッケージ１０に接合され、当該支持ダイアフラム５０のみを介してセンサチップ３０、台座プレート２０（２１，２２）がパッケージ内に支持されている。 Therefore, the applicant has proposed a new capacitive pressure sensor that is not yet known in order to solve such a problem. Such a capacitance type pressure sensor has the basic structure shown in FIGS. 1 and 2, specifically, a sensor chip 30 for detecting pressure, and a base plate 20 (21, 21) for supporting the sensor chip 30. 22) and a support diaphragm 50 joined to the base plate 20 (21, 22) and supporting the base plate 20 (21, 22). The support diaphragm 50 is joined to the package 10, and the support diaphragm 50 The sensor chip 30 and the pedestal plate 20 (21, 22) are supported in the package only through these.

このような圧力センサのセンサチップにはサファイアが用いられており、センサチップ３０のリファレンス室（容量室）３０Ａ内に各固定電極と可動電極が対向するように感圧側固定電極１１０、感圧側可動電極２１０、参照側固定電極１２０、参照側可動電極２２０を備えている。また、センサチップ３０の上面には、電極取り出し用パッドがチップの四隅に蒸着されている。これらの電極取り出し用パッドはそれぞれ、感圧側固定電極取り出し用パッド、感圧側可動電極取り出し用パッド、参照側固定電極取り出し用パッド、参照側可動電極取り出し用パッドであり、大きさは例えば全てφ３ｍｍと同じ大きさとなっている。 Sapphire is used for the sensor chip of such a pressure sensor, and the pressure-sensitive side fixed electrode 110 and the pressure-sensitive side movable so that each fixed electrode and the movable electrode face each other in the reference chamber (capacitance chamber) 30A of the sensor chip 30. The electrode 210, the reference side fixed electrode 120, and the reference side movable electrode 220 are provided. Further, on the upper surface of the sensor chip 30, electrode extraction pads are deposited at the four corners of the chip. These electrode take-out pads are a pressure-sensitive side fixed electrode take-out pad, a pressure-sensitive side movable electrode take-out pad, a reference-side fixed electrode take-out pad, and a reference-side movable electrode take-out pad, respectively. It is the same size.

圧力センサが上述したような複雑な構造を有していると、かかる圧力センサを構成するあらゆる導体、例えば、センサチップ３０の各電極取り出し用パッドと支持ダイアフラム５０やパッケージ１０で構成されるアースとの間に寄生容量が生じる。特に腐食性流体の圧力を測定するためにセンサチップの材質をサファイアとして支持ダイアフラムの材質をインコネルとし、サファイアの台座プレートで支持ダイアフラムの内側端部をサンドイッチ状に挟持した上で一方の台座プレートにセンサチップを支持した構造とすると、サファイアは誘電率が高いが故に主としてセンサチップ上面に形成された電極取出し用パッドとインコネルの支持ダイアフラムとの間でサファイアを介して無視できない寄生容量が生じてしまう。 When the pressure sensor has a complicated structure as described above, all conductors constituting the pressure sensor, for example, each electrode extraction pad of the sensor chip 30 and the ground constituted by the support diaphragm 50 and the package 10 are provided. Parasitic capacitance occurs between the two. In particular, in order to measure the pressure of corrosive fluid, the sensor chip material is sapphire and the support diaphragm material is Inconel. When the structure supporting the sensor chip is used, sapphire has a high dielectric constant, and therefore, a parasitic capacitance that cannot be ignored occurs between the electrode extraction pad formed on the upper surface of the sensor chip and the support diaphragm of Inconel via the sapphire. .

このように各電極端子とアースとの間の寄生容量が大きくなると、場合によっては外部ノイズの影響を受け、感圧電極間で生じる感圧容量や参照電極間で生じる参照容量に寄生容量が並列に重畳してしまい、その重畳した容量値がセンサ信号として計測されてしまう。従って、高精度のセンサを実現するにはこれらの寄生容量をなるべく小さくしなければならない。 When the parasitic capacitance between each electrode terminal and ground increases in this way, the parasitic capacitance is parallel to the pressure-sensitive capacitance generated between the pressure-sensitive electrodes and the reference capacitance generated between the reference electrodes due to the influence of external noise in some cases. And the superimposed capacitance value is measured as a sensor signal. Therefore, in order to realize a highly accurate sensor, these parasitic capacitances must be made as small as possible.

また、未だ公知ではない特願２００４−１４９１３７号に記載された別の例によると、図６の回路図に示すような回路を基本構成とした検出方法をとっているが、この際、各端子間の寄生容量の差がノイズの原因となる場合もある。 Further, according to another example described in Japanese Patent Application No. 2004-149137, which is not yet known, a detection method based on a circuit as shown in the circuit diagram of FIG. 6 is employed. In some cases, the difference in parasitic capacitance between the two causes noise.

一般的に、センサチップに感圧側コンデンサと参照側コンデンサを全く対称に形成することは事実上不可能であり、各端子に発生する寄生容量はそれぞれ異なった値となるのが普通であるため、やはり、この寄生容量値差がノイズの原因となってしまう。 In general, it is practically impossible to form a pressure-sensitive capacitor and a reference-side capacitor in a sensor chip completely symmetrically, and the parasitic capacitance generated at each terminal usually has a different value. Again, this parasitic capacitance value difference causes noise.

本発明の目的は、各端子間に生じる寄生容量差をほぼ無くし、圧力測定において寄生容量によるノイズの影響を受けにくい圧力センサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a pressure sensor that substantially eliminates the difference in parasitic capacitance generated between terminals and is less susceptible to noise due to parasitic capacitance in pressure measurement.

上述した課題を解決するために、本発明にかかる圧力センサは、
被測定圧力に応じた静電容量を圧力として検出するダイアフラム構造の圧力センサチップを備えた静電容量型圧力センサにおいて、
前記圧力センサチップが感圧側固定電極、感圧側可動電極、参照側固定電極、及び参照側可動電極を備えるとともに、当該感圧側固定電極の電極取り出し用パッド、感圧側可動電極の電極取り出し用パッド、参照側固定電極の電極取り出し用パッド、及び参照側可動電極の電極取り出し用パッドが当該圧力センサチップの外側面にそれぞれ形成され、
外部回路との接続部から、コンデンサを形成する各電極までを一つの測定端子とみなし、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ、前記感圧側可動電極端子の寄生容量をＣ _ＭＸ、前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ、前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲとしたとき、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸと前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲとの差（Ｃ _ＳＸ −Ｃ _ＳＲ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと前記参照側固定電極の電極取り出し用パッドを形成するか、もしくは、前記感圧側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＸと前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲとの差（Ｃ _ＭＸ −Ｃ _ＭＲ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと前記参照側可動電極の電極取り出し用パッドを形成したことを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the pressure sensor according to the present invention is:
In a capacitive pressure sensor including a pressure sensor chip having a diaphragm structure that detects a capacitance according to a pressure to be measured as a pressure,
The pressure sensor chip includes a pressure-sensitive side fixed electrode, a pressure-sensitive side movable electrode, a reference-side fixed electrode, and a reference-side movable electrode, and an electrode extraction pad for the pressure-sensitive side fixed electrode, an electrode extraction pad for the pressure-sensitive side movable electrode, An electrode take-out pad for the reference side fixed electrode and an electrode take-out pad for the reference side movable electrode are formed on the outer surface of the pressure sensor chip, respectively.
From the connection with an external circuit, and all the one measurement terminals to each electrode to form a capacitor, the parasitic capacitance C _SX of the sensitive side stationary electrode _terminal, C _MX parasitic capacitance of the sensitive pressure side movable electrode _terminals, wherein parasitic capacitance C _SR of the reference-side fixed electrode _terminal, when the parasitic capacitance C _MR of the reference side movable electrode terminals, and the parasitic capacitance C _SX of the sensitive side stationary electrode terminal and the parasitic capacitance C _SR of the reference-side fixed electrode terminal Forming the electrode extraction pad of the pressure-sensitive side fixed electrode and the electrode extraction pad of the reference-side fixed electrode in a shape that substantially eliminates the difference (C _SX -C _SR ), or the pressure-sensitive movable electrode terminal Of the pressure-sensitive movable electrode and the front of the pressure-sensitive movable electrode so that the difference (C _MX -C _MR ) between the parasitic capacitance C _MX of the reference-side movable electrode terminal and the parasitic capacitance C _MR of the reference-side movable electrode terminal is substantially eliminated An electrode extraction pad for the reference side movable electrode is formed.

センサチップの固定電極や可動電極からの信号を取り出すための電極取り出し用パッドの形状（大きさや外形、パターン位置）であって、感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと参照側固定電極の電極取り出し用パッドを個別に最適な形状とするか、もしくは感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと参照側可動電極の電極取り出し用パッドを個別に最適な形状とすることで、少なくとも何れか２つの測定端子の寄生容量差をほぼ無くすことができるようになり、各電極取り出し用パッドとアース間の寄生容量の影響を受けにくい圧力センサとすることができる。 The shape (size, outline, pattern position) of the electrode extraction pad for extracting signals from the fixed electrode and movable electrode of the sensor chip, and the electrode extraction pad of the pressure-sensitive side fixed electrode and the electrode extraction of the reference side fixed electrode At least two measurement terminals by making each pad optimally shaped, or by individually taking the electrode take-out pad for the pressure-sensitive movable electrode and the electrode take-out pad for the reference-side movable electrode Thus, the pressure sensor can be hardly affected by the parasitic capacitance between each electrode lead-out pad and the ground.

また、本発明の請求項２に記載の圧力センサは、
被測定圧力に応じた静電容量を圧力として検出するダイアフラム構造の圧力センサチップを備えた静電容量型圧力センサにおいて、
前記圧力センサチップが感圧側固定電極、感圧側可動電極、参照側固定電極、及び参照側可動電極を備えるとともに、当該感圧側固定電極の電極取り出し用パッド、感圧側可動電極の電極取り出し用パッド、参照側固定電極の電極取り出し用パッド、及び参照側可動電極の電極取り出し用パッドが当該圧力センサチップの外側面にそれぞれ形成され、
外部回路との接続部から、コンデンサを形成する各電極までを一つの測定端子とみなし、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ、前記感圧側可動電極端子の寄生容量をＣ _ＭＸ、前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ、前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲとしたとき、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸと前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲとの差（Ｃ _ＳＸ −Ｃ _ＭＲ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと前記参照側可動電極の電極取り出し用パッドを形成するか、もしくは、前記感圧側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＸと前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲとの差（Ｃ _ＭＸ −Ｃ _ＳＲ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと前記参照側固定電極の電極取り出し用パッドを形成したことを特徴としている。 A pressure sensor according to claim 2 of the present invention is
In a capacitive pressure sensor including a pressure sensor chip having a diaphragm structure that detects a capacitance according to a pressure to be measured as a pressure,
The pressure sensor chip includes a pressure-sensitive side fixed electrode, a pressure-sensitive side movable electrode, a reference-side fixed electrode, and a reference-side movable electrode, and an electrode extraction pad for the pressure-sensitive side fixed electrode, an electrode extraction pad for the pressure-sensitive side movable electrode, An electrode take-out pad for the reference side fixed electrode and an electrode take-out pad for the reference side movable electrode are formed on the outer surface of the pressure sensor chip, respectively.
From the connection with an external circuit, and all the one measurement terminals to each electrode to form a capacitor, the parasitic capacitance C _SX of the sensitive side stationary electrode _terminal, C _MX parasitic capacitance of the sensitive pressure side movable electrode _terminals, wherein parasitic capacitance C _SR of the reference-side fixed electrode _terminal, when the parasitic capacitance C _MR of the reference side movable electrode terminals, and the parasitic capacitance C _SX of the sensitive side stationary electrode terminal and the parasitic capacitance C _MR of the reference side movable electrode terminals Forming the electrode take-out pad of the pressure-sensitive side fixed electrode and the electrode take-out pad of the reference-side movable electrode in a shape that substantially eliminates the difference (C _SX -C _MR ), or the pressure-sensitive side movable electrode terminal the parasitic capacitance C _MX and the parasitic capacitance C difference between the _SR (C _{MX -C} _{_SR)} before and electrode lead-out pad of the sensitive pressure side movable electrode shaped like substantially eliminated of the reference-side fixed electrode terminal An electrode extraction pad for the reference side fixed electrode is formed.

センサチップの固定電極や可動電極からの信号を取り出すための電極取り出し用パッドの形状（大きさや外形、パターン位置）であって、感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと参照側可動電極の電極取り出し用パッドを個別に適切な形状とするか、もしくは感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと参照側固定電極の電極取り出し用パッドを個別に適切な形状とすることで、圧力センサの検出精度に特に影響を与えやすい感圧側固定電極端子の寄生容量と参照側固定電極端子の寄生容量の差をほぼ無くすことができるようになり、より正確な圧力測定が可能となる。 The shape (size, outer shape, pattern position) of the electrode extraction pad for extracting signals from the fixed electrode and movable electrode of the sensor chip, and the electrode extraction pad of the pressure-sensitive side fixed electrode and the electrode extraction of the reference side movable electrode For the pressure sensor's detection accuracy, the pad for taking out the pressure-sensitive movable electrode and the electrode taking-out pad for the reference-side fixed electrode are individually made into appropriate shapes. The difference between the parasitic capacitance of the pressure-sensitive fixed electrode terminal and the parasitic capacitance of the reference-side fixed electrode terminal, which are easily affected, can be almost eliminated, and more accurate pressure measurement can be performed.

また、本発明の請求項３に記載の圧力センサは、請求項１に記載の静電容量型圧力センサにおいて、
前記各電極取り出し用パッドがそれぞれ互いに電気的に接続されたスプリングコンタクトパッドと電極取り出し穴パッドからなり、各スプリングコンタクトパッドがこれに対応する電極取り出し穴パッドよりも前記センサチップ上の中央方向に偏倚して形成され、かつ少なくとも何れか２つの測定端子間に生じる寄生容量差をほぼ無くすような形状に当該少なくとも２つの電極取り出し用パッドの電極取り出し穴パッドとスプリングコンタクトパッドの少なくとも何れか一方を形成したことを特徴としている。 Moreover, the pressure sensor according to claim 3 of the present invention is the capacitive pressure sensor according to claim 1,
Each of the electrode extraction pads includes a spring contact pad and an electrode extraction hole pad that are electrically connected to each other, and each spring contact pad is biased toward the center of the sensor chip with respect to the corresponding electrode extraction hole pad. And forming at least one of an electrode extraction hole pad and a spring contact pad of the at least two electrode extraction pads in a shape that substantially eliminates the parasitic capacitance difference generated between at least any two measurement terminals. It is characterized by that.

スプリングコンタクトパッドをこのような位置に形成することで、電極取り出し用パッドをアースからより離間させることができ、電極取り出し用パッドとアース間の寄生容量をより小さくすることができる。また、電極取り出し穴パッド又はスプリングコンタクトパッドの少なくとも何れか一方の形状をこのように最適化することで、少なくとも何れか２つの測定端子間に生じる寄生容量差をほぼ無くすことができ、寄生容量によるノイズの影響を受けにくい圧力センサとすることができる。 By forming the spring contact pad at such a position, the electrode extraction pad can be further separated from the ground, and the parasitic capacitance between the electrode extraction pad and the ground can be further reduced. Further, by optimizing the shape of at least one of the electrode lead-out hole pad and the spring contact pad in this way, it is possible to almost eliminate the parasitic capacitance difference generated between at least any two measurement terminals. It can be set as the pressure sensor which is hard to receive the influence of noise.

本発明によると、圧力測定を行うに当たって寄生容量によるノイズの影響を受けにくい圧力センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pressure sensor that is not easily affected by noise due to parasitic capacitance when performing pressure measurement.

以下、本発明の一実施形態にかかる圧力センサについて図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の一実施形態にかかる圧力センサ１は、図１及び図２に示すように、パッケージ１０と、パッケージ内に収容された台座プレート２０と、同じくパッケージ内に収容され台座プレート２０に接合されたセンサチップ３０と、パッケージ１０に直接取付けられパッケージ内外を導通接続する電極リード部４０とを備えている。また、台座プレート２０は、パッケージ１０に対して隔間しており、支持ダイアフラム５０のみを介してパッケージ１０に支持されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a pressure sensor 1 according to an embodiment of the present invention includes a package 10, a pedestal plate 20 accommodated in the package, and is also accommodated in the package and joined to the pedestal plate 20. The sensor chip 30 and an electrode lead portion 40 that is directly attached to the package 10 and electrically connects the inside and outside of the package. The pedestal plate 20 is spaced from the package 10 and is supported by the package 10 only through the support diaphragm 50.

パッケージ１０は、ロアハウジング１１、アッパーハウジング１２、及びカバー１３から構成されている。なお、ロアハウジング１１、アッパーハウジング１２、及びカバー１３は、耐食性の金属であるインコネルからなり、それぞれ溶接により接合されている。 The package 10 includes a lower housing 11, an upper housing 12, and a cover 13. The lower housing 11, the upper housing 12, and the cover 13 are made of Inconel, which is a corrosion-resistant metal, and are joined by welding.

ロアハウジング１１は、径の異なる円筒体を連結した形状を備え、その大径部１１ａは支持ダイアフラム５０との接合部を有し、その小径部１１ｂは被測定流体が流入する圧力導入部１０Ａをなしている。なお、大径部１１ａと小径部１１ｂとの結合部にはバッフル１１ｃが形成されるとともに、当該バッフル１１ｃはその周囲に周方向所定の間隔で圧力導入孔１１ｄが形成されている。 The lower housing 11 has a shape in which cylindrical bodies having different diameters are connected, the large-diameter portion 11a has a joint portion with the support diaphragm 50, and the small-diameter portion 11b has a pressure introducing portion 10A into which a fluid to be measured flows. There is no. In addition, a baffle 11c is formed at a joint portion between the large diameter portion 11a and the small diameter portion 11b, and pressure introduction holes 11d are formed around the baffle 11c at predetermined intervals in the circumferential direction.

バッフル１１ｃは、圧力導入部１０Ａからプロセスガスなどの被測定流体を後述するセンサチップ３０に直接到達させずに迂回させる役目を果たすものであり、センサチップ３０にプロセスガスの成分やプロセスガス中の不純物が堆積するのを防止するようになっている。 The baffle 11c serves to bypass the measured fluid such as the process gas from the pressure introduction unit 10A without directly reaching the sensor chip 30 described later, and causes the sensor chip 30 to include a component of the process gas and the process gas. Impurities are prevented from being deposited.

アッパーハウジング１２は略円筒体形状を有し、後述するカバー１３、支持ダイアフラム５０、台座プレート２０、及びセンサチップ３０を介してパッケージ内にプロセスガスの導入する領域と独立した真空の基準真空室１０Ｂを形成している。なお、密閉空間中Ｂにはいわゆるゲッター（図示せず）と呼ばれる気体吸着物質が備わり、真空度を維持している。 The upper housing 12 has a substantially cylindrical shape, and is a vacuum reference vacuum chamber 10B that is independent of a region where process gas is introduced into the package via a cover 13, a support diaphragm 50, a pedestal plate 20, and a sensor chip 30, which will be described later. Is forming. Note that a gas adsorbing material called a getter (not shown) is provided in the sealed space B, and the degree of vacuum is maintained.

また、アッパーハウジング１２の支持ダイアフラム取付け側には周方向適所にストッパ１２ａが突出形成されている。なお、このストッパ１２ａは、被測定流体の急激な圧力上昇により台座プレート２０が過度に変移するのを規制する役目を果たしている。 Further, a stopper 12a is projected and formed at an appropriate position in the circumferential direction on the support diaphragm mounting side of the upper housing 12. The stopper 12a plays a role of restricting the pedestal plate 20 from excessively shifting due to a sudden increase in pressure of the fluid to be measured.

また、カバー１３は円形のプレートからなり、カバー１３の所定位置には電極リード挿通孔１３ａが形成されており、ハーメチックシール６０を介して電極リード部４０が埋め込まれ、この部分のシール性が確保されている。 Further, the cover 13 is made of a circular plate, and an electrode lead insertion hole 13a is formed at a predetermined position of the cover 13, and the electrode lead portion 40 is embedded through a hermetic seal 60, and the sealing performance of this portion is ensured. Has been.

一方、支持ダイアフラム５０はパッケージ１０の形状に合わせた外形形状を有するインコネルの薄板からなり、周囲縁部は上述したロアハウジング１１とアッパーハウジング１２の縁部に挟まれて溶接等により接合されている。なお、支持ダイアフラム５０の厚さは、例えば本実施形態の場合数十μｍであって、各台座プレート２１，２２より充分薄い厚さとなっている。また、支持ダイアフラム５０の中央部分には、センサチップ３０に圧力を導くための圧力導入孔５０ａが形成されている。 On the other hand, the support diaphragm 50 is made of an Inconel thin plate having an outer shape matched to the shape of the package 10, and the peripheral edge is sandwiched between the edges of the lower housing 11 and the upper housing 12 and joined by welding or the like. . Note that the thickness of the support diaphragm 50 is, for example, several tens of μm in the case of this embodiment, and is sufficiently thinner than the pedestal plates 21 and 22. Further, a pressure introduction hole 50 a for guiding pressure to the sensor chip 30 is formed in the central portion of the support diaphragm 50.

支持ダイアフラム５０の両面には、支持ダイアフラム５０とパッケージ１０の接合部から周方向全体にわたってある程度隔間した位置に酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアからなる薄いリング状のロア台座プレート２１とアッパー台座プレート２２が接合されている。 On both surfaces of the support diaphragm 50, a thin ring-shaped lower pedestal plate 21 made of sapphire, which is a single crystal of aluminum oxide, and an upper pedestal are located at some distance from the joint between the support diaphragm 50 and the package 10 over the entire circumferential direction. The plate 22 is joined.

なお、各台座プレート２１，２２は、支持ダイアフラム５０の厚さに対して上述の通り十分に厚くなっており、かつ支持ダイアフラム５０を両台座プレート２１，２２でいわゆるサンドイッチ状に挟み込む構造を有している。これによって、支持ダイアフラム５０と台座プレート２０の熱膨張率の違いによって発生する熱応力でこの部分が反るのを防止している。 Each pedestal plate 21, 22 is sufficiently thick as described above with respect to the thickness of the support diaphragm 50, and has a structure in which the support diaphragm 50 is sandwiched between both pedestal plates 21, 22. ing. This prevents this portion from warping due to thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the support diaphragm 50 and the base plate 20.

また、アッパー台座プレート２２には酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアでできた上面視矩形状のセンサチップ３０が接合後にスペーサ３１やアッパー台座プレート２２と同一の材料に変化する酸化アルミニウムベースの接合材を介して接合されている。なお、この接合方法については、特開２００２−１１１０１１号公報において詳しく記載されているのでここでの詳細な説明を省略する。 In addition, the upper base plate 22 is bonded to an aluminum oxide base in which a rectangular sensor chip 30 made of sapphire, which is a single crystal of aluminum oxide, is changed to the same material as the spacer 31 and the upper base plate 22 after bonding. It is joined via a material. Since this joining method is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-111101, detailed description thereof is omitted here.

センサチップ３０は上面視で１ｃｍ角以下の大きさを有し、四角角型の薄板からなるスペーサ３１と、スペーサ３１に接合されかつ圧力の印加に応じて歪が生じるセンサダイアフラム３２と、センサダイアフラム３２に接合して真空の容量室（リファレンス室）３０Ａを形成するセンサ台座３３を有している。また、真空の容量室３０Ａと基準真空室１０Ｂとはセンサ台座３３の適所に穿設された図示しない連通孔を介して共に同一の真空度を保っている。 The sensor chip 30 has a size of 1 cm square or less in a top view, a spacer 31 made of a rectangular thin plate, a sensor diaphragm 32 that is bonded to the spacer 31 and generates a strain in response to application of pressure, and a sensor diaphragm. The sensor pedestal 33 is formed so as to form a vacuum capacity chamber (reference chamber) 30A. The vacuum capacity chamber 30 </ b> A and the reference vacuum chamber 10 </ b> B maintain the same degree of vacuum through communication holes (not shown) drilled at appropriate positions on the sensor base 33.

なお、スペーサ３１、センサダイアフラム３２、及びセンサ台座３３はいわゆる直接接合によって互いに接合され、一体化したセンサチップ３０を構成している。 The spacer 31, the sensor diaphragm 32, and the sensor pedestal 33 are joined together by so-called direct joining to constitute an integrated sensor chip 30.

また、センサチップ３０の容量室３０Ａには、図１及び図２に示すように、センサ台座３３の凹み部に金又は白金等の導体でできた感圧側固定電極１１０、参照側固定電極１２０が形成されているとともに、これと対向するセンサダイアフラム３２の表面上に金又は白金等の導体でできた感圧側可動電極２１０、参照側可動電極２２０が形成されている。 Further, in the capacity chamber 30A of the sensor chip 30, as shown in FIGS. 1 and 2, a pressure-sensitive side fixed electrode 110 and a reference side fixed electrode 120 made of a conductor such as gold or platinum are provided in a recessed portion of the sensor base 33. A pressure-sensitive movable electrode 210 and a reference-side movable electrode 220 made of a conductor such as gold or platinum are formed on the surface of the sensor diaphragm 32 that is formed.

なお、感圧側固定電極１１０は、図３に示すように、凹み部の中央部に平面視で円形をなして形成され、参照側固定電極１２０は感圧側固定電極１１０と僅かに離間してこれの周囲をほぼ囲むように平面視円弧をなして形成されている。また、感圧側可動電極２１０及び参照側可動電極２２０はそれぞれ感圧側固定電極１１０及び参照側可動電極２２０と対向配置するようにそれぞれ対応する形状をなしてセンサダイアフラム３２のリファレンス室側表面に形成されている。そして、感圧側固定電極１１０と感圧側可動電極２１０は圧力に対して高感度であって、圧力測定を行う役目を果たし、参照側固定電極１２０と参照側可動電極２２０は圧力に対して低感度であって電極間の誘電率を補正する役目を果たしている。 As shown in FIG. 3, the pressure-sensitive side fixed electrode 110 is formed in a circular shape in the center of the recess, and the reference-side fixed electrode 120 is slightly separated from the pressure-sensitive side fixed electrode 110. Is formed so as to form a circular arc in plan view so as to substantially surround the periphery of the. Further, the pressure-sensitive movable electrode 210 and the reference-side movable electrode 220 are formed on the reference chamber-side surface of the sensor diaphragm 32 so as to correspond to the pressure-sensitive fixed electrode 110 and the reference-side movable electrode 220, respectively. ing. The pressure-sensitive fixed electrode 110 and the pressure-sensitive movable electrode 210 are highly sensitive to pressure and serve to perform pressure measurement. The reference-side fixed electrode 120 and the reference-side movable electrode 220 are low-sensitive to pressure. Thus, it plays the role of correcting the dielectric constant between the electrodes.

また、センサチップ３０の上面四隅には、それぞれ電極取り出し用パッドが蒸着されている。これらの電極取り出し用パッドは、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１、感圧側可動電極取り出し用パッド２１１、参照側固定電極取り出し用パッド１２１、参照側可動電極取り出し用パッド２２１であり、大きさは、例えば本実施形態の場合、感圧側可動電極取り出し用パッド２１１がφ２．５ｍｍ、参照側可動電極取り出し用パッド２２１がφ２．５ｍｍ、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１がφ２．６ｍｍ、参照側固定電極取り出し用パッド１２１がφ２．０ｍｍとなっている。そして、感圧側固定電極１１０と感圧側固定電極取り出し用パッド１１１は電極取り出し穴に蒸着された導体を介して電気的に接続されている。同様に、参照側固定電極１２０と参照側固定電極取り出し用パッド１２１、感圧側可動電極２１０と感圧側可動電極取り出し用パッド２１１、参照側可動電極２２０と参照側可動電極取り出し用パッド２２１もそれぞれ電極取り出し穴に蒸着された導体を介して個別に電気的に接続されている。 Electrode extraction pads are deposited on the four corners of the upper surface of the sensor chip 30, respectively. These electrode extraction pads are a pressure-sensitive side fixed electrode extraction pad 111, a pressure-sensitive side movable electrode extraction pad 211, a reference-side fixed electrode extraction pad 121, and a reference-side movable electrode extraction pad 221. For example, in the case of the present embodiment, the pressure-sensitive movable electrode take-out pad 211 is φ2.5 mm, the reference-side movable electrode take-out pad 221 is φ2.5 mm, the pressure-sensitive fixed electrode take-out pad 111 is φ2.6 mm, and the reference-side fixed electrode The extraction pad 121 has a diameter of 2.0 mm. The pressure-sensitive side fixed electrode 110 and the pressure-sensitive side fixed electrode extraction pad 111 are electrically connected via a conductor deposited in the electrode extraction hole. Similarly, the reference-side fixed electrode 120 and the reference-side fixed electrode take-out pad 121, the pressure-sensitive side movable electrode 210 and the pressure-side-side movable electrode take-out pad 211, the reference-side movable electrode 220 and the reference-side movable electrode take-out pad 221 are also electrodes. They are individually electrically connected through conductors deposited in the extraction holes.

この感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の大きさφ２．６ｍｍは参照側固定電極取り出し用パッド１２１の大きさφ２．０ｍｍとの関係で最適値として設定されている。すなわち、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１と参照側固定電極取り出し用パッド１２１の相対的な大きさによって個々に設定され、具体的には感圧側固定電極端子４５−４１−１１１−１１０の寄生容量（主に感圧側固定電極取り出し用パッド１１１と支持ダイアフラム５０やパッケージ１０などのアースとの間に生じる容量）Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子４５−４１−１２１−１２０の寄生容量（主に参照側固定電極取り出し用パッド１２１と支持ダイアフラム５０やパッケージ１０などのアースとの間に生じる容量）Ｃ_ＳＲとの差がほぼ無くなるような（十分小さくなるような）大きさとなっている。なお、本実施形態における感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の大きさの最適値の設定方法については以下の実施例において説明する。 The size φ2.6 mm of the pressure-sensitive fixed electrode take-out pad 111 is set as an optimum value in relation to the size φ2.0 mm of the reference-side fixed electrode take-out pad 121. That is, it is individually set according to the relative sizes of the pressure-sensitive side fixed electrode take-out pad 111 and the reference-side fixed electrode take-out pad 121. Specifically, the parasitic capacitance of the pressure-sensitive side fixed electrode terminal 45-41-111-110 is set. (Capacitance mainly generated between the pressure-sensitive fixed electrode take-out pad 111 and the ground of the support diaphragm 50, the package 10, etc.) C _SX and the parasitic capacitance of the reference-side fixed electrode terminals 45-41-121-120 (mainly reference has a side fixed electrode lead-out pad 121 and the supporting diaphragm 50 and the difference between the resulting capacitance) C _SR between ground such as package 10, such as substantially eliminated (such that sufficiently small) size. In addition, the setting method of the optimal value of the magnitude | size of the pressure-sensitive side fixed electrode extraction pad 111 in this embodiment is demonstrated in a following example.

このように、センサチップ３０からの信号を取り出すための感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の形状と参照側固定電極取り出し用パッド１２１の形状を個別に設定することで、寄生容量によるノイズの影響を受けない圧力センサとすることができるようになる。 In this way, by individually setting the shape of the pressure-sensitive side fixed electrode extraction pad 111 for extracting a signal from the sensor chip 30 and the shape of the reference side fixed electrode extraction pad 121, the influence of noise due to parasitic capacitance can be reduced. It becomes possible to make the pressure sensor unaffected.

一方、電極リード部４０は、各電極取り出し用パッドに対応して４本設けられ、図１に示すように、電極リードピン４１と金属製のシールド４２を備え、電極リードピン４１は金属製のシールド４２にガラスなどの絶縁性材料からなるハーメチックシール４３によってその中央部分が埋設され、電極リードピン４１の両端部間で気密状態を保っている。そして、電極リードピン４１の一端はパッケージ１０の外部に露出して図示しない配線によって圧力センサ１の出力を外部の信号処理部に伝達するようになっている。なお、シールド４２とカバー１３との間にも上述の通りハーメチックシール６０が介在している。また、電極リードピン４１の他方の端部には導電性を有するコンタクトバネ４５が接続されている。 On the other hand, four electrode lead portions 40 are provided corresponding to each electrode take-out pad, and as shown in FIG. 1, an electrode lead pin 41 and a metal shield 42 are provided, and the electrode lead pin 41 is made of a metal shield 42. Further, the center portion is buried by a hermetic seal 43 made of an insulating material such as glass, and an airtight state is maintained between both end portions of the electrode lead pin 41. One end of the electrode lead pin 41 is exposed to the outside of the package 10, and the output of the pressure sensor 1 is transmitted to an external signal processing unit through a wiring (not shown). A hermetic seal 60 is interposed between the shield 42 and the cover 13 as described above. A conductive contact spring 45 is connected to the other end of the electrode lead pin 41.

コンタクトバネ４５は、圧力導入部１０Ａからプロセスガスなどの被測定流体が急に流れ込むことで発生する急激な圧力上昇により支持ダイアフラム５０が若干変移しても、コンタクトバネ４５の付勢力がセンサチップ３０の測定精度に影響を与えない程度の十分な柔らかさを有している。 Even if the support diaphragm 50 is slightly changed due to a sudden increase in pressure caused by a sudden flow of a fluid to be measured such as a process gas from the pressure introducing portion 10A, the contact spring 45 is urged by the urging force of the contact spring 45 to the sensor chip 30. It is soft enough not to affect the measurement accuracy.

なお、センサチップ３０の製造方法は以下の通りである。 The manufacturing method of the sensor chip 30 is as follows.

まず、最適化したパッド形状がパターニングされたメタルマスクをステンレス薄板のエッチングにより作製する（第１工程）。 First, a metal mask patterned with an optimized pad shape is produced by etching a stainless steel thin plate (first step).

次いで、センサパッケージ体（パッドを蒸着する前の図２にある構造体）に第１工程で作製したメタルマスクを被せ、位置決めした後、冶具によりセンサパッケージ体とメタルマスクを固定する（第２工程）。 Next, the sensor package body (the structure shown in FIG. 2 before the pad is deposited) is covered with the metal mask produced in the first step, and after positioning, the sensor package body and the metal mask are fixed with a jig (second step). ).

次いで、白金や金などを蒸着することによりパッドを形成すると同時に、センサチップ内部のセンサ電極との電気的接続を得て（第３工程）、これによってセンサチップ３０の製造を終える。 Next, a pad is formed by evaporating platinum, gold or the like, and at the same time, an electrical connection with the sensor electrode inside the sensor chip is obtained (third step), thereby completing the manufacture of the sensor chip 30.

続いて、上述した圧力センサ１において参照側固定電極取り出し用パッド１２１の大きさをφ２．０ｍｍとしたときに感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の大きさを最適値であるφ２．６ｍｍとした理由及び各本発明にかかる圧力センサを本実施例とし、各電極パッドが同じ大きさを有する圧力センサを比較例とした場合の特性評価試験の結果を以下に説明する。 Subsequently, in the pressure sensor 1 described above, when the size of the reference-side fixed electrode extraction pad 121 is φ2.0 mm, the size of the pressure-sensitive side fixed electrode extraction pad 111 is set to φ2.6 mm which is an optimum value. And the result of the characteristic evaluation test when the pressure sensor according to each of the present invention is this example and the pressure sensor having the same size of each electrode pad is a comparative example will be described below.

感圧側可動電極取り出し用パッド２１１、参照側可動電極取り出し用パッド２２１、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１、参照側固定電極取り出し用パッド１２１の各パッドをφ３．０ｍｍとすべて同一形状にしたときの圧力センサを比較例とした。この比較例における寄生容量は、感圧側固定電極端子４５−４１−１１１−１１０の寄生容量値Ｃ_ＳＸが０．３６８ｐＦ、参照側固定電極端子４５−４１−１２１−１２０の寄生容量値Ｃ_ＳＲが０．３９８ｐＦとなった。そのため、感圧側固定電極端子４５−４１−１１１−１２０と参照側固定電極端子４５−４１−１２１−１２０の寄生容量値の差（Ｃ_ＳＸ―Ｃ_ＳＲ）は、−０．０３０ｐＦとなった。 When each of the pressure-sensitive movable electrode take-out pad 211, the reference-side movable electrode take-out pad 221, the pressure-sensitive side fixed electrode take-out pad 111, and the reference-side fixed electrode take-out pad 121 has the same shape as φ3.0 mm. A pressure sensor was used as a comparative example. In this comparative example, the parasitic capacitance value C _SX of the pressure-sensitive fixed electrode terminal 45-41-111-110 is 0.368 pF, and the parasitic capacitance value C _{SR of the} reference-side fixed electrode terminal 45-41-121-120 is It became 0.398 pF. Therefore, the difference (C _SX -C _SR ) in the parasitic capacitance value between the pressure-sensitive side fixed electrode terminal 45-41-111-120 and the reference side fixed electrode terminal 45-41-121-120 was -0.030 pF.

続いて、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１と参照側固定電極取り出し用パッド１２１の大きさを本実施形態の圧力センサのように最適化し、これを本実施例とした。具体的には、センサチップの構造変更を最小限に抑えるために、参照側固定電極取り出し用パッド１２１のパッド径をスプリングコンタクト可能な最小の径であるφ２．０ｍｍ固定とし、感圧側可動電極取り出し用パッドの大きさは、φ２．５ｍｍ固定とし、参照側可動電極取り出し用パッドの大きさは、２．５ｍｍ固定とし、感圧側固定電極取り出し用パッドの大きさは未決定とした。 Subsequently, the sizes of the pressure-sensitive fixed electrode take-out pad 111 and the reference-side fixed electrode take-out pad 121 were optimized as in the pressure sensor of the present embodiment, and this was taken as the present example. Specifically, in order to minimize changes in the structure of the sensor chip, the pad diameter of the reference-side fixed electrode take-out pad 121 is fixed to φ2.0 mm, which is the smallest diameter that can be contacted by spring, and the pressure-sensitive movable electrode is taken out. The size of the pad for use was fixed to φ2.5 mm, the size of the pad for taking out the reference side movable electrode was fixed to 2.5 mm, and the size of the pad for taking out the pressure sensitive side fixed electrode was not determined.

そして、図４に示す参照側固定電極取り出し用パッド１２１と感圧側固定電極取り出し用パッド１１１との面積差を横軸とし、感圧側固定電極端子４５−４１−１１１−１１０の寄生容量値Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子４５−４１−１２１−１２０の寄生容量値Ｃ_ＳＲの差である寄生容量相対値Ｃ_ＳＸ―Ｃ_ＳＲを縦軸にプロットし、それらの点の線形近似から、参照側固定電極取り出し用パッド１２１の径をφ２．０ｍｍ固定としたとき、感圧側固定電極取り出し用パッドの径をφ２．６ｍｍにすれば、寄生容量相対値Ｃ_ＳＸ―Ｃ_ＳＲは計算上ゼロになることが分かった。これによって、本実施形態のように参照側固定電極取り出し用パッド１２１がφ２．０ｍｍの場合、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の最適な大きさをφ２．６ｍｍと決定した。 Then, the horizontal axis indicates the area difference between the reference-side fixed electrode take-out pad 121 and the pressure-sensitive side fixed electrode take-out pad 111 shown in FIG. 4, and the parasitic capacitance value C _SX of the pressure-sensitive side fixed electrode terminal 45-41-111-110. And the parasitic capacitance relative value C _SX -C _SR which is the difference between the parasitic capacitance values C _SR of the reference-side fixed electrode terminals 45-41 to 121-120 are plotted on the vertical axis, and the reference-side fixed is obtained from the linear approximation of those points. When the diameter of the electrode lead-out pad 121 is fixed to φ2.0 mm, the parasitic capacitance relative value C _SX -C _SR may be zero in calculation if the diameter of the pressure-sensitive side fixed electrode lead-out pad is φ2.6 mm. I understood. As a result, when the reference-side fixed electrode extraction pad 121 is φ2.0 mm as in this embodiment, the optimum size of the pressure-sensitive side fixed electrode extraction pad 111 is determined to be φ2.6 mm.

以上から比較例においては寄生容量差が０．０３０ｐＦの差が生じていたが、本実施例ではこの差をゼロにすることが確認でき、本発明の有効性を検証することができた。 From the above, in the comparative example, the difference of 0.030 pF in the parasitic capacitance difference occurred. In this example, it was confirmed that this difference was zero, and the effectiveness of the present invention could be verified.

なお、上述した実施形態とは異なり、感圧側固定電極取り出し用パッドの面積を予め大きく形成しておいてレーザートリミング等でこのパッドの面積が最適値になるように部分的に除去して微調整しても良い。また、感圧側固定電極取り出し用パッドの面積を予め小さく形成しておいてマスキング等でこのパッドの面積が最適値になるように徐々に大きくすることで微調整しても良い。 Unlike the above-described embodiments, the area of the pressure-sensitive side fixed electrode take-out pad is formed large in advance and is partially removed by laser trimming or the like so that the area of the pad becomes an optimum value. You may do it. Alternatively, the area of the pressure-sensitive side fixed electrode extraction pad may be formed small in advance, and fine adjustment may be performed by gradually increasing the pad area to an optimum value by masking or the like.

また、上述の実施形態の変形例として、電極取り出し用パッドをパッケージ１０及び支持ダイアフラム５０から遠ざけて寄生容量を減らす構成をとることも可能である。この場合、図５に示すように、電極取り出し用パッド３１０，３２０，４１０，４２０がスプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１とこれと電気的に接続された電極取り出し穴パッド３１２，３２２，４１２，４２２からなり、センサチップの四隅に形成された電極取り出し穴からセンサチップの中心側に向かってスプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１を偏倚させて形成している。なお、スプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１には図１に示したコンタクトパッド４５と同様のコンタクトパッドが接続するものとする。 Further, as a modification of the above-described embodiment, it is also possible to take a configuration in which the parasitic capacitance is reduced by moving the electrode extraction pad away from the package 10 and the support diaphragm 50. In this case, as shown in FIG. 5, electrode extraction pads 310, 320, 410, 420 are connected to spring contact pads 311, 321, 411, 421 and electrode extraction hole pads 312, 322, 412 electrically connected thereto. , 422, and spring contact pads 311, 321, 411, 421 are biased from the electrode extraction holes formed at the four corners of the sensor chip toward the center side of the sensor chip. It is assumed that the contact pads similar to the contact pad 45 shown in FIG. 1 are connected to the spring contact pads 311, 321, 411, 421.

スプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１の面積はそれぞれ扇形をなし同一の面積となっているが、スプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１と電気的に接続された電極取り出し穴パッド３１２，３２２，４１２，４２２の形状は上述したように感圧側固定電極端子４５−４１−３１１−３１０−３１２−１１０の寄生容量値Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子４５−４１−３２１−３２０−３２２−１２０の寄生容量値Ｃ_ＳＲの差がほぼ無くなるような外径を有するように形成する。 The areas of the spring contact pads 311, 321, 411, 421 are fan-shaped and have the same area. , 412, 422, the parasitic capacitance value C _SX of the pressure-sensitive fixed electrode terminal 45-41-311-310-312-110 and the reference fixed electrode terminal 45-41-321-320-322-120 as described above. Are formed so as to have an outer diameter such that the difference in the parasitic capacitance value _CSR is substantially eliminated.

この場合も感圧側固定電極取り出し穴パッド３１２、参照側固定電極取り出し穴パッド３２２の形をこれらの寄生容量差が無くなるような形状に予め形成しておいても良い。又は、電極取り出し穴パッドを上述したように最初に大きく形成してレーザートリミングで最適な大きさまで除去しても良い。若しくは、これらの電極取り出し穴パッドの少なくとも一つを最初に小さめに形成しておいてマスキングにより徐々に大きくして最適な大きさまで大きくしても良い。これらの方法の何れかをとることによって、例えば感圧側固定電極端子４５−４１−３１１−３１０−３１２−１１０の寄生容量Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子４５−４１−３２１−３２０−３２２−１２０の寄生容量Ｃ_ＳＲとの差をほぼ無くすことができ、圧力測定にあたってノイズが生じないようにすることが可能である。 Also in this case, the pressure-sensitive fixed electrode lead-out hole pad 312 and the reference-side fixed electrode lead-out hole pad 322 may be formed in advance so as to eliminate these parasitic capacitance differences. Alternatively, the electrode extraction hole pad may be initially formed large as described above and removed to the optimum size by laser trimming. Alternatively, at least one of these electrode lead-out hole pads may be formed smaller at first and then gradually enlarged by masking to increase the optimum size. By taking one of these methods, for example, the parasitic capacitance C _SX of the pressure-sensitive fixed electrode terminal 45-41-311-310-312-110 and the reference fixed electrode terminal 45-41-321-320-322-120 the difference between the parasitic capacitance C _SR of can substantially eliminated, it is possible to make noise does not occur when the pressure measurement.

以上説明したように、本発明によるとセンサチップからの信号を取り出す感圧側固定電極取り出し用パッドの形状と参照側固定電極取り出し用パッドの形状や寸法を個別に設定することで、圧力測定に関して特に影響を与えやすい感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ_ＳＲを揃えることができるようになり、例えば図６に示すような差動回路を介してこれらの寄生容量をキャンセルするとともに正確な圧力測定ができるようになる。 As described above, according to the present invention, by particularly setting the shape of the pressure-sensitive side fixed electrode taking-out pad for taking out the signal from the sensor chip and the shape and size of the reference-side fixed electrode taking-out pad, The parasitic capacitance C _SX of the pressure-sensitive fixed electrode terminal, which is easily affected, and the parasitic capacitance C _SR of the reference-side fixed electrode terminal can be made uniform. For example, these parasitic capacitances can be obtained via a differential circuit as shown in FIG. Cancels the volume and enables accurate pressure measurement.

なお、上述の実施形態では、感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ_ＳＲとの差をほぼ無くすために感圧側固定電極取り出し用パッドの外径を最適化したが、必ずしもこれに限定することはなく、感圧側固定電極取り出し用パッドの外径を固定して参照側固定電極取り出し用パッドの外径を最適化しても良い。 In the above-described embodiment, the outer diameter of the pressure-sensitive side fixed electrode take-out pad is optimized in order to substantially eliminate the difference between the parasitic capacitance C _SX of the pressure-sensitive side fixed electrode terminal and the parasitic capacitance C _SR of the reference-side fixed electrode terminal. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the outer diameter of the pressure-sensitive side fixed electrode extraction pad may be fixed to optimize the outer diameter of the reference side fixed electrode extraction pad.

また、感圧側可動電極端子の寄生容量Ｃ_ＭＸと参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ_ＭＲとの差をほぼ無くすようにこれらの電極取り出し用パッド相互の形状を最適化しても良い。 Also, the shapes of these electrode lead-out pads may be optimized so as to substantially eliminate the difference between the parasitic capacitance C _MX of the pressure-sensitive movable electrode terminal and the parasitic capacitance C _MR of the reference-side movable electrode terminal.

また、感圧側固定電極端子と参照側可動電極端子の寄生容量差（Ｃ_ＳＸ−Ｃ_ＭＲ）や感圧側可動電極端子と参照側固定電極端子の寄生容量差（Ｃ_ＭＸ−Ｃ_ＳＲ）をほぼ無くすようにこれらの電極取り出し用パッド間相互の形状を最適化しても良い。 Further, the parasitic capacitance difference (C _SX -C _MR ) between the pressure-sensitive side fixed electrode terminal and the reference-side movable electrode terminal and the parasitic capacitance difference (C _MX -C _SR ) between the pressure-sensitive side movable electrode terminal and the reference-side fixed electrode terminal are almost eliminated. Thus, the mutual shape between these electrode lead-out pads may be optimized.

なお、上述した電極取り出し用パッドの形状の最適化とは本実施形態のように電極取り出し用パッドのパッド径（パッドの大きさ）を最適化することに限定されず、上述した変形例のように電極取り出し用パッドの形成位置や電極取り出し用パッドの輪郭形状を変更する広義の意味の形状を含むものである。 The optimization of the shape of the electrode lead-out pad described above is not limited to optimizing the pad diameter (pad size) of the electrode lead-out pad as in this embodiment, but as in the above-described modification. Includes a shape in a broad sense of changing the formation position of the electrode extraction pad and the contour shape of the electrode extraction pad.

本発明の一実施形態及び本発明に関連する圧力センサの断面図である。It is sectional drawing of one Embodiment of this invention and the pressure sensor relevant to this invention. 図１に示した圧力センサを部分的に示す一部断面斜視図である。It is a partial cross section perspective view which shows partially the pressure sensor shown in FIG. 図１に示した圧力センサの電極パッドの大きさを最適化したセンサチップの平面図である。It is a top view of the sensor chip which optimized the magnitude | size of the electrode pad of the pressure sensor shown in FIG. 感圧側固定電極の電極取り出し用パッド面積と参照側固定電極の電極取り出し用パッド面積の差に対する、感圧側固定電極端子の寄生容量（Ｃ_ＳＸ）と参照側固定電極端子の寄生容量（Ｃ_ＳＲ）の差Ｃ_ＳＸ−Ｃ_ＳＲの関係を示す図である。The parasitic capacitance (C _SX ) of the pressure-sensitive side fixed electrode terminal and the parasitic capacitance (C _SR ) of the reference-side fixed electrode terminal with respect to the difference between the electrode extraction pad area of the pressure-sensitive side fixed electrode and the electrode extraction pad area of the reference-side fixed electrode is a diagram showing the relationship of the difference _C SX _{-C SR.} 本発明の一実施形態の変形例にかかる圧力センサの電極パッドの大きさを最適化したセンサチップの平面図である。It is a top view of the sensor chip which optimized the size of the electrode pad of the pressure sensor concerning the modification of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる圧力センサ及び本発明に関連する圧力センサの信号処理回路図である。It is a signal processing circuit diagram of a pressure sensor concerning one embodiment of the present invention, and a pressure sensor relevant to the present invention.

Explanation of symbols

１圧力センサ
１０パッケージ
１０Ａ圧力導入部
１０Ｂ基準真空室
１１ロアハウジング
１１ａ大径部
１１ｂ小径部
１１ｃバッフル
１１ｄ圧力導入孔
１２アッパーハウジング
１２ａストッパ
１３カバー
１３ａ電極リード挿通孔
２０台座プレート
２１ロア台座プレート
２２アッパー台座プレート
３０センサチップ
３０Ａ容量室
３１スペーサ
３２センサダイアフラム
３２ｂ，３２ｃ可動電極
３３センサ台座
３３ｂ，３３ｃ固定電極
３５，３６コンタクトパッド
４０電極リード部
４１電極リードピン
４２シールド
４３ハーメチックシール
４５コンタクトバネ
５０支持ダイアフラム
５０ａ圧力導入孔
６０ハーメチックシール
１１０感圧側固定電極
１１１感圧側固定電極取り出し用パッド
１２０参照側固定電極
１２１参照側固定電極取り出し用パッド
２１０感圧側可動電極
２１１感圧側可動電極取り出し用パッド
２２０参照側可動電極
２２１参照側可動電極取り出し用パッド
３１０，３２０，４１０，４２０電極取り出し用パッド
３１１，３２１，４１１，４２１スプリングコンタクトパッド
３１２，３２２，４１２，４２２電極取り出し穴パッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure sensor 10 Package 10A Pressure introduction part 10B Reference | standard vacuum chamber 11 Lower housing 11a Large diameter part 11b Small diameter part 11c Baffle 11d Pressure introduction hole 12 Upper housing 12a Stopper 13 Cover 13a Electrode lead insertion hole 20 Base plate 21 Lower base plate 22 Upper Base plate 30 Sensor chip 30A Capacity chamber 31 Spacer 32 Sensor diaphragm 32b, 32c Movable electrode 33 Sensor base 33b, 33c Fixed electrode 35, 36 Contact pad 40 Electrode lead part 41 Electrode lead pin 42 Shield 43 Hermetic seal 45 Contact spring 50 Support diaphragm 50a Pressure introduction hole 60 Hermetic seal 110 Pressure-sensitive side fixed electrode 111 Pressure-sensitive side fixed electrode take-out pad 120 Reference-side fixed Electrode 121 Reference-side fixed electrode take-out pad 210 Pressure-sensitive side movable electrode 211 Pressure-sensitive side movable electrode take-out pad 220 Reference-side movable electrode 221 Reference-side movable electrode take-out pad 310, 320, 410, 420 Electrode take-out pads 311, 321 411, 421 Spring contact pad 312, 322, 412, 422 Electrode extraction hole pad

Claims

In a capacitive pressure sensor including a pressure sensor chip having a diaphragm structure that detects a capacitance according to a pressure to be measured as a pressure,
The pressure sensor chip includes a pressure-sensitive side fixed electrode, a pressure-sensitive side movable electrode, a reference-side fixed electrode, and a reference-side movable electrode, and an electrode extraction pad for the pressure-sensitive side fixed electrode, an electrode extraction pad for the pressure-sensitive side movable electrode, An electrode take-out pad for the reference side fixed electrode and an electrode take-out pad for the reference side movable electrode are formed on the outer surface of the pressure sensor chip, respectively.
From the connection with an external circuit, and all the one measurement terminals to each electrode to form a capacitor, the parasitic capacitance C _SX of the sensitive side stationary electrode _terminal, C _MX parasitic capacitance of the sensitive pressure side movable electrode _terminals, wherein parasitic capacitance C _SR of the reference-side fixed electrode _terminal, when the parasitic capacitance C _MR of the reference side movable electrode terminals, and the parasitic capacitance C _SX of the sensitive side stationary electrode terminal and the parasitic capacitance C _SR of the reference-side fixed electrode terminal Forming the electrode extraction pad of the pressure-sensitive side fixed electrode and the electrode extraction pad of the reference-side fixed electrode in a shape that substantially eliminates the difference (C _SX -C _SR ), or the pressure-sensitive movable electrode terminal Of the pressure-sensitive movable electrode and the front of the pressure-sensitive movable electrode so that the difference (C _MX -C _MR ) between the parasitic capacitance C _MX of the reference-side movable electrode terminal and the parasitic capacitance C _MR of the reference-side movable electrode terminal is substantially eliminated A capacitance type pressure sensor, wherein an electrode extraction pad for the reference side movable electrode is formed.

In a capacitive pressure sensor including a pressure sensor chip having a diaphragm structure that detects a capacitance according to a pressure to be measured as a pressure,
The pressure sensor chip includes a pressure-sensitive side fixed electrode, a pressure-sensitive side movable electrode, a reference-side fixed electrode, and a reference-side movable electrode, and an electrode extraction pad for the pressure-sensitive side fixed electrode, an electrode extraction pad for the pressure-sensitive side movable electrode, An electrode take-out pad for the reference side fixed electrode and an electrode take-out pad for the reference side movable electrode are formed on the outer surface of the pressure sensor chip, respectively.
From the connection with an external circuit, and all the one measurement terminals to each electrode to form a capacitor, the parasitic capacitance C _SX of the sensitive side stationary electrode _terminal, C _MX parasitic capacitance of the sensitive pressure side movable electrode _terminals, wherein parasitic capacitance C _SR of the reference-side fixed electrode _terminal, when the parasitic capacitance C _MR of the reference side movable electrode terminals, and the parasitic capacitance C _SX of the sensitive side stationary electrode terminal and the parasitic capacitance C _MR of the reference side movable electrode terminals Forming the electrode take-out pad of the pressure-sensitive side fixed electrode and the electrode take-out pad of the reference-side movable electrode in a shape that substantially eliminates the difference (C _SX -C _MR ), or the pressure-sensitive side movable electrode terminal Of the pressure-sensitive movable electrode and the front of the pressure-sensitive movable electrode in a shape that substantially eliminates the difference (C _MX -C _SR ) between the parasitic capacitance C _MX of the reference-side fixed electrode terminal and the parasitic capacitance C _SR of the reference-side fixed electrode terminal. A capacitance type pressure sensor, wherein an electrode extraction pad for the reference side fixed electrode is formed.

Each of the electrode extraction pads includes a spring contact pad and an electrode extraction hole pad that are electrically connected to each other, and each spring contact pad is biased toward the center of the sensor chip with respect to the corresponding electrode extraction hole pad. And forming at least one of an electrode extraction hole pad and a spring contact pad of the at least two electrode extraction pads in a shape that substantially eliminates the parasitic capacitance difference generated between at least any two measurement terminals. The capacitive pressure sensor according to claim 1, wherein