JP5295071B2

JP5295071B2 - 圧力検出装置用基体および圧力検出装置

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Publication number: JP5295071B2
Application number: JP2009247277A
Authority: JP
Inventors: 広一朗菅井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011095019A

Description

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

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

このような圧力検出装置用基体では、内部空間に導電性の異物が入り込むことがあり、その場合には導電性の異物を介して第１の電極と第２の電極とが短絡する可能性があった。例えば、絶縁基体とダイアフラムとを接合する際に、カーボンからなる組立治具とダイアフラムとが接触して組立治具の一部が欠けてしまい、内部空間にカーボン屑が入り込んでしまう可能性があった（例えば、特許文献２を参照。）。そして、このような第１の電極と第２の電極との短絡を防止する方法として、従来から、第１の電極の表面の全面を絶縁層で被覆しておくという対策が採られていた（例えば、特許文献３を参照。）。

また、圧力検出装置用基体には、内部空間から圧力検出装置用基体の外表面まで延びる空隙部を備えているものもあった（例えば、特許文献４を参照。）。このような圧力検出装置用基体においては、表面に設けられた導体層にめっき層を被着させる際に、空隙部から内部空間にめっき液が浸入して、電極の周囲にめっき広がりが発生して、対向する電極面積が変化してしまうことが懸念されていた。このような場合においても、電極の表面を絶縁層で被覆しておくということが有効であった。

特開2007−171053号公報特開2006−208129号公報特開平４−104028号公報特開2008−180695号公報

しかしながら、上記のように、第１の電極の表面を絶縁層で被覆した圧力検出装置においては、外部の圧力が変化したとしても、第１の電極と第２の電極との間の静電容量に変化が起こりにくくなる、または変化が起こらなくなることがある。これは、外部の圧力の変化によりダイアフラムが撓んで絶縁層に接触した場合に、さらにダイアフラムに外部から圧力が加わったとしてもダイアフラムが撓みにくくなる、もしくは撓まなくなるので、第１の電極と第２の電極との間隔が変化しにくくなる、もしくは変化しなくなることが原因である。このようなことがあると、検知した静電容量を電子部品等で演算処理した際に、実際には外部の圧力が変化しているにもかかわらず、第１の電極と第２の電極との間の静電容量に変化が起こっていないので、圧力検出装置によって外部の圧力の変化を検出することができなくなってしまう。そして、このようなときに、ダイアフラムが撓みにくくなっている、もしくは撓まなくなっているので、外部の圧力の変化を検出できないのか、あるいは実際に外部の圧力が変化していないのかを判断できないという問題があった。

このようなダイアフラムと絶縁層との接触は、近年の圧力検出装置の高感度化の要求に伴い、第１の電極と第２の電極との間隔が狭くなっていることや、圧力検出装置用基体毎の第１の電極と第２の電極との間隔のばらつきやダイアフラムの撓み方のばらつきなどが原因で発生する。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、外部の圧力を精度良く検出することができ、信頼性に優れた圧力検出装置用基体および圧力検出装置を提供することにある。

本発明の圧力検出装置用基体は、互いに平行に対向する上面および下面がある内部空間を有し、表面に複数の電極用導体層を有するセラミックスから成る絶縁基体と、前記内部空間の前記上面および前記下面にそれぞれ前記電極用導体層の少なくとも１つに電気的に接続されて形成された、互いに対向する上側電極および下側電極と、前記下側電極を被覆した絶縁層とを備え、前記上面が、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域である圧力検出装置用基体であって、前記可撓領域の中央部に対応する前記絶縁層の表面に、前記上側電極および前記下側電極とは電気的に独立な、前記絶縁層で被覆されていない前記上側電極との接触を検知するための検知用電極を備えていることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置は、上記構成の圧力検出装置用基体の電極用導体層に電子部品が電気的に接続されていることを特徴とするものである。

本発明の圧力検出装置用基体によれば、可撓領域の中央部に対応する絶縁層の表面に、上側電極および下側電極とは電気的に独立な、絶縁層で被覆されていない上側電極または下側電極との接触を検知するための検知用電極を備えていることから、外部の圧力の変化により、ダイアフラムの可撓領域が大きく撓んで、ダイアフラムが、ダイアフラムと対向する面に接触するときには、絶縁層で被覆されていない上側電極または下側電極と、可撓領域の中央部に対応する絶縁層の表面に形成された検知用電極とが接触するので、絶縁層で被覆されていない上側電極または下側電極と検知用電極とが短絡する。そして、短絡することによって、ダイアフラムがダイアフラムと対向する面に接触していることを検知できるので、ダイアフラムがさらに圧力が加わっても変形しない状態であって、静電容量が変化しにくい、もしくは変化しないことを検出できる。

そして、このような圧力検出装置用基体を用いれば、例えば、製品の出荷前の検査の際に、所望の圧力範囲内で、絶縁層で被覆されていない上側電極または下側電極と検知用電極とが短絡するかどうかを検査することによって、短絡するような圧力検出装置用基体を不良品として取り除くことができる。従って、製品の出荷前の検査の際に、所望の圧力範囲内で良好に圧力を検出することができる圧力検出装置用基体のみを選ぶことができる。また、本発明の圧力検出装置用基体を用いた圧力検出装置であれば、使用時にダイアフラムとダイアフラムに対向する面とが接触することがあったとしても、接触を検知して、圧力検出装置が圧力を適正に測定できない状態にあることを検出することができる。

本発明の圧力検出装置によれば、上記構成の圧力検出装置用基体の電極用導体層に電子部品が電気的に接続されていることから、圧力検出装置用基体によって外部からの圧力の変化を精度よく検出して、電子部品によって圧力の変化による静電容量の変化に応じた出力信号を処理することで、静電容量の変化を外部の圧力値の変化として精度良く検出することができる。

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

本発明の圧力検出装置用基体および圧力検出装置について、添付の図面を参照しつつ説明する。図１〜図５において、１は絶縁基体、１ａは内部空間、１ｂは絶縁基板、１ｃはスペーサ、１ｄはダイアフラム、１ｅは可撓領域、１ｆは配線導体、１ｇは枠体、１ｈは凹部、１ｉは切欠き状の凹部、２は電極用導体層、３は上側電極、４は下側電極、５は絶縁層、６は検知用電極、６ａは検知用電極用配線、７は電子部品、８は導電性接合材、９は封止樹脂である。

本発明の圧力検出装置用基体は、図１〜図４に示す例のように、互いに平行に対向する上面および下面がある内部空間１ａを有し、表面に複数の電極用導体層２を有する絶縁基体１と、内部空間１ａの上面および下面にそれぞれ電極用導体層２の少なくとも１つに電気的に接続されて形成された、互いに対向する上側電極３および下側電極４と、上側電極３または下側電極４を被覆した絶縁層５とを備え、上面および下面の少なくとも一方が、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域１ｅである圧力検出装置用基体であって、可撓領域１ｅの中央部に対応する絶縁層５の表面に、上側電極３および下側電極４とは電気的に独立な、絶縁層５で被覆されていない上側電極３または下側電極４との接触を検知するための検知用電極６を備えている。

図１，図２および図５に示す例では、絶縁層５は内部空間１ａの下面（絶縁基板１ｂの上面の下側電極４の上面）に形成されており、検知用電極６はその絶縁層５の表面に形成されている。図３および図４に示す例では、絶縁層５は内部空間１ａの上面（ダイアフラム１ｄの下面の上側電極３の下面）に形成されており、検知用電極６はその絶縁層５の表面に形成されている。また、図１（ａ）では内部空間１ａ，配線導体１ｆ，上側電極３，下側電極４，絶縁層５および検知用電極６を透視して示しており、図１（ｂ）では下側電極４を透視して示している。

このような本発明の圧力検出装置用基体によれば、外部の圧力の変化により、ダイアフラム１ｄが撓んで絶縁層５に接触しようとすると、上側電極３または下側電極４と、上側電極３と下側電極４との間の間隔が最も狭くなる可撓領域の最も可撓する領域の中心に対応する位置に形成された検知用電極６とが接触することとなり、それ以上ダイアフラム１ｄが変化しにくく、上側電極３と下側電極４との静電容量が変化しにくい状況にあることを検出することができる。従って、この検知用電極６によって上側電極３または下側電極４との接触の有無を検査することにより、所望の圧力範囲内において、静電容量と圧力との関係が所望の関係であることを良好に検知することができる圧力検出装置用基体を得ることができる。

このような本発明の圧力検出装置用基体によれば、外部の圧力の変化によってダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが大きく撓んでダイアフラム１ｄがダイアフラム１ｄに対向する面に接触するときには、絶縁層５で被覆されていない上側電極３または下側電極４と可撓領域１ｅの中央部に対応する絶縁層５の表面に形成された検知用電極６とが接触するので、絶縁層５で被覆されていない上側電極３または下側電極４と検知用電極６とが短絡する。そして、短絡することによって、ダイアフラム１ｄがダイアフラム１ｄと対向する面に接触していることを検知できるので、ダイアフラム１ｄがさらに圧力が加わっても変形しない状態であって、静電容量が変化しにくい、もしくは変化しないことを検出できる。

そして、このような圧力検出装置用基体を用いれば、例えば、製品の出荷前の検査の際に、所望の圧力範囲内で、絶縁層５で被覆されていない上側電極３または下側電極４と検知用電極６とが短絡するかどうかを検査することによって、短絡するような圧力検出装置用基体を不良品として取り除くことができる。従って、製品の出荷前の検査の際に、所望の圧力範囲内で良好に圧力を検出することができる圧力検出装置用基体を選ぶことができる。また、本発明の圧力検出装置用基体を用いた圧力検出装置であれば、使用時にダイアフラム１ｄとダイアフラム１ｄに対向する面とが接触することがあったとしても、接触を検知して、圧力検出装置が圧力を適正に測定できない状態にあることを検出することができる。

絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス等の電気絶縁性の焼結体から成り、例えば、図２に示す例のように、絶縁基板１ｂと枠状のスペーサ１ｃと中央部が可撓領域１ｅとなるダイアフラム１ｄとから構成され、これらが順に積層されることによって内部空間１ａが形成されている。

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

絶縁基体１には、図５および図６に示す例のように、絶縁基体１の可撓領域１ｅが形成された面と対向する面に電子部品７を収容するための凹部１ｈが形成されていても構わない。この場合、絶縁基体１は、電子部品７を収容するとともに電子部品７を保護するための容器としても機能する。

また、絶縁基体１は、図４〜図６に示す例のように、ダイアフラム１ｄの外周部の上に枠体１ｇを備えていても構わない。枠体１ｇは、ダイアフラム１ｄの上面の可撓領域１ｅより外周の領域に積層された、スペーサ１ｃと同様の枠状の形状のものである。これによれば、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成する際に、ダイアフラム１ｄ用のセラミックグリーンシートはスペーサ１ｃ用のセラミックグリーンシートと枠体１ｇ用のセラミックグリーンシートとにより上下方向から挟まれて形成されるので、ダイアフラム１ｄの焼成時の反りを抑制することができる。また、枠体１ｇは可撓領域１ｅの外表面から突出しているので、焼成前の絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体，焼成後の圧力検出装置用基体および圧力検出装置の可撓領域１ｅに外部の物が当たることが抑えられ、厚みの薄い可撓領域１ｅが損傷してしまう可能性を低減することができる。

絶縁基体１の表面の電極用導体層２は、上側電極３と下側電極４との間の静電容量の変化を電気的な信号として外部回路基板へ伝えるための端子電極として機能するものであり、電極用導体層２と上側電極３および下側電極４それぞれとの間は、絶縁基体１の内部に形成された配線導体１ｆによって電気的に接続されている。また、図６に示す例のように、圧力検出装置に電子部品７を実装する場合は、電子部品７の端子が接続される接続電極として機能する電極用導体層２が設けられる。このような電極用導体層２は、可撓領域１ｅ以外の絶縁基体１の表面に設けられる。図２〜図４に示す例では電極用導体層２を絶縁基体１の下面に設けているが、電極用導体層２は絶縁基体１の側面に設けてもよい。あるいは、図５および図６に示す例のように、絶縁基体１の側面に切欠き状の凹部１ｉを形成し、この凹部１ｉの内面に端子電極として機能する電極用導体層２を設けて、いわゆるキャスタレーション導体としてもよい。

絶縁基体１の内部空間１ａの下面（図２に示す例においては絶縁基板１ｂの上面）には下側電極４が被着され、絶縁基体１の内部空間１ａの上面（図２に示す例においてはダイアフラム１ｄの下面）には、下側電極４と対向するようにして上側電極３が被着されている。下側電極４および上側電極３は静電容量形成用の電極であり、これらの間に下側電極４と上側電極３とが対向する面積および下側電極４と上側電極３との間隔に応じた静電容量が形成される。図２および図３に示す例では、絶縁基体１に外部から圧力が印加されると、その圧力に応じてダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが絶縁基板１ｂ側に撓んで下側電極４と上側電極３との間隔が変わり（小さくなり）、下側電極４と上側電極３との間の静電容量が変化する（大きくなる）ので、この静電容量の変化を検出することによって、外部の圧力の変化を静電容量の変化として検出する圧力検出装置として機能する。なお、圧力が大きく減少した場合は、その圧力に応じてダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが絶縁基板１ｂと反対側に撓んで下側電極４と上側電極３との間隔が変わる（大きくなる）こともあり、そのときには平衡状態から下側電極４と上側電極３との間の静電容量が変化する（小さくなる）こととなる。

また、図４に示す例では、絶縁基体１に外部から圧力が印加されると、その圧力に応じて内部空間１ａの上下に設けられたダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅがそれぞれ内部空間１ａ側に撓んで下側電極４と上側電極３との間隔が変わって（小さくなって）、これらの間の静電容量が変化する（大きくなる）。この例でも、圧力が大きく減少した場合は、その圧力に応じて内部空間１ａの上下に設けられたダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅがそれぞれ内部空間１ａと反対側に撓んで下側電極４と上側電極３との間隔が変わる（大きくなる）こともあり、そのときには平衡状態からこれら下側電極４と上側電極３との間の静電容量が変化する（小さくなる）こととなる。

そして、この静電容量の変化を電極用導体層２を介して電気的な信号として外部回路基板に伝達させて、外部回路基板に搭載した演算処理装置等の電子部品で演算処理することによって、外部の圧力の大きさおよび変化を知ることができる。ここで、図６に示す例のように、絶縁基体１に凹部１ｈが形成され、この凹部１ｈ内に演算処理装置等の電子部品７が搭載される場合は、静電容量の変化は外部回路基板ではなく凹部１ｈ内の電子部品７に伝達される。

電極用導体層２，上側電極３，下側電極４および配線導体１ｆは、タングステン，モリブデン，銅または銀等の金属粉末を用いたメタライズ導体から成り、例えば、絶縁基体１が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤および分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストをスクリーン印刷法によって絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体とともに焼成することによって、絶縁基体１の内部および表面に所定のパターンに形成される。絶縁基体１内で上下方向に延びる配線導体１ｆは、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成しておき、この貫通孔にメタライズペーストを充填しておくことによって形成される。

スペーサ１ｃは、図２および図３に示す例では上面に下側電極４を備える絶縁基板１ｂと下面に上側電極３を備えるダイアフラム１ｄとの間に、図４に示す例では上下のダイアフラム１ｄ・１ｄ間に、それぞれ所定の間隔を設けるものとして機能し、内部空間１ａを形成する貫通孔を有する枠状に形成されている。なお、スペーサ１ｃは、その厚みが0.01ｍｍ未満では、下側電極４と上側電極３との間隔が小さく可撓領域１ｅの可撓範囲が小さいものとなるので、広範囲の圧力範囲にわたって圧力を検出することが困難となる傾向にある。他方、５ｍｍを超えると、可撓領域１ｅの撓み量に対して下側電極４と上側電極３との間隔が大きいものとなるので、電極間距離の変化率が小さくなり静電容量の変化率が小さくなって感度が低いものとなってしまう傾向がある。従って、スペーサ１ｃの厚みは0.01ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。

ダイアフラム１ｄは、外部の圧力に応じて絶縁基板１ｂ側に、また場合によってはその反対側に撓んで、圧力検出用のダイアフラムとして機能する。図２に示す例では、ダイアフラム１ｄの内部空間１ａの上面となる部分、すなわちスペーサ１ｃの貫通孔と重なる領域が可撓領域１ｅとなり、この可撓領域１ｅが、外部から圧力が加わることにより撓むこととなる。なお、ダイアフラム１ｄは、厚みが0.01ｍｍ未満では、その機械的強度が小さいものとなり、また上述したセラミックグリーンシートを用いた作製が困難となる傾向にある。他方、１ｍｍを超えると、小さな圧力では撓みにくくなり、圧力検出装置用のダイアフラムとしては不適となってしまう傾向にある。したがって、ダイアフラム１ｄの厚みは0.01〜１ｍｍの範囲が好ましい。このような厚みのダイアフラム１ｄを有する圧力検出装置用基体を用いた圧力検出装置は、80ｋＰａ（低圧用圧力検出装置）〜2000ｋＰａ（高圧用圧力検出装置）の圧力の下で使用することが可能である。

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

また、ダイアフラム１ｄに形成される上側電極３および下側電極４は、内部空間１ａの形状と同様に、平面視で円形状であることが好ましい。このような電極形状とすることで、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅを均等に撓ませることができる。

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

上側電極３と下側電極４とは、一方を他方より大きいものとすると、絶縁基体１を作製する際の上側電極３と下側電極４との位置ずれがあっても、上側電極３と下側電極４とが対向する面積が変わらないので好ましい。さらにこの場合には、ダイアフラム１ｄに形成する電極、図１に示す例における上側電極３を、図１および図２に示す例のように内部空間１ａの上面より大きくすると、外部の圧力が加わった際にダイアフラム１ｄを良好に撓ませることができるので好ましい。これは、例えば、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅより小さい上側電極３が形成されていると、可撓領域１ｅ内において上側電極３が形成された領域とそうでない領域との間でたわみに差が生じるからであり、また、この差が大きいとこれらの領域の境界で割れてしまう場合があるからである。

絶縁層５は、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成る。図２に示す例のように、下側電極４の面積が内部空間１ａの下面（絶縁基板１ｂの上面）の面積よりも小さい場合には、絶縁層５は、下側電極４を被覆するように形成される。絶縁層５が、図２に示す例のように、下側電極４を覆うように形成される場合は、内部空間１ａの下面となる絶縁基体１用のセラミックグリーンシート上に印刷された下側電極４用のメタライズペースト上に、スクリーン印刷法等の印刷手段によって絶縁層５用のセラミックペーストを印刷塗布し、そのセラミックペーストを絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体と同時焼成することによって、下側電極４を被覆している絶縁層５が形成される。絶縁層５用のセラミックペーストは、主成分のセラミック粉末に有機バインダおよび有機溶剤、また必要に応じて分散剤等を加えてボールミル，三本ロールミルまたはプラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練して製作される。

また、図５に示すように、上側電極３および下側電極４の少なくとも一方を絶縁基体１の内部に埋設しても構わない。この場合は、絶縁基体１の一部を絶縁層５として利用することができる。このような絶縁層５は、下側電極４用のメタライズペーストが印刷されたセラミックグリーンシート上に、絶縁層５となる絶縁基体１用のセラミックグリーンシートを積層しておくことによって形成することができる。なお、この場合には、絶縁層５は、セラミックグリーンシートを用いて形成するので、セラミックペーストを印刷して形成する場合と比較して絶縁層５の厚みのばらつきを低減できるので、厚み精度に優れた圧力検出装置用基体とすることができる。

また、絶縁層５は、電極の表面から15μｍ以上の厚みで、電極の表面から電極の外周縁より15μｍ以上外側にわたって形成しておくことが好ましい。このように、絶縁層５の厚みおよび幅を、15μｍ以上としておくことにより、絶縁層５に空洞等の欠陥が発生し、不要な領域に被着されためっき層と内部空間１ａの面積よりも小さい電極とが電気的に接続することを抑制することができる。

そして、本発明の圧力検出装置用基体においては、可撓領域１ｅの中央部に対応する絶縁層５の表面に、上側電極３および下側電極４とは電気的に独立している検知用電極６を備えている。検知用電極６は、検知用電極用配線６ａと配線導体１ｆとを介して、電極用導体層２の１つに電気的に接続されている。

検知用電極６および検知用電極用配線６ａは、電極用導体層２と同様に、タングステン，モリブデン，銅または銀等の金属粉末を用いたメタライズ導体から成り、例えば、絶縁層５が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤および分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストをスクリーン印刷法によって絶縁層５用のセラミックペーストの表面に印刷塗布し、これを絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体とともに焼成することによって、可撓領域１ｅの中央部に対応する絶縁層５の表面に形成される。

なお、絶縁層５となるセラミックグリーンシート上に検知用電極６用のメタライズペーストを印刷する場合は、セラミックペースト表面に印刷する場合と比較して、検知用電極６用のメタライズペーストを良好に印刷しやすくなるので、検知用電極６を精度良く形成しやすくなる。

また、絶縁層５および検知用電極６は、内部空間１ａの上面が、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域１ｅである場合であれば、図２および図５に示す例のように、内部空間１ａの下面側（絶縁基板１ｂの下側電極４の表面側）に形成されていることが好ましい。これにより、上面側に絶縁層５および検知用電極６を形成していないので、絶縁層５および検知用電極６を、内部空間１ａの上面側（ダイアフラム１ｄの上側電極３の表面側）に形成した場合と比較して、可撓領域１ｅを薄く、かつ平坦な状態に形成することができるので、外部の圧力の変動による圧力検出用基体の感度を良好にすることができる。

また、検知用電極６は、図５および図６の例に示すように、電子部品７の端子が接続される接続電極として機能する電極用導体層２に接続しておいても構わない。この場合には、圧力検出装置の使用中に上側電極３と検知用電極６とが接触していることを電子部品７で検知させることができる。

また、検知用電極６は、平面視で、絶縁基体１が縦５ｍｍ〜15ｍｍ，横５ｍｍ〜15ｍｍ，厚さ２ｍｍ〜５ｍｍであって、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが半径２ｍｍ〜５ｍｍ程度の円形状の場合であれば、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅの中心部から半径0.05ｍｍ以内の範囲に対応する領域に中心が位置するように、半径0.05ｍｍ〜１ｍｍ程度の円形状に形成しておくことが好ましい。なお、検知用電極６を四角形状等の円形状以外の形状に形成する場合であれば、上記した中心部から半径0.05ｍｍ以内の範囲に対応する領域を含んで、可撓領域１ｅの面積の0.01％〜５％程度となるように形成しておくことが好ましい。

例えば、絶縁基体１が縦５ｍｍ，横５ｍｍ，厚さ２ｍｍであって、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが半径２ｍｍ程度の円形状の場合であれば、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅの中心部から半径0.1ｍｍ以内の範囲に対応する領域に、半径0.05ｍｍ程度の円形状に形成する。また、絶縁基体１が縦15ｍｍ，横15ｍｍ，厚さ５ｍｍであって、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが半径５ｍｍ程度の円形状の場合であれば、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅの中心部から半径１ｍｍの範囲に対応する領域に、半径１ｍｍ程度の円形状に形成する。

検知用電極６を上記の範囲および面積に形成しておけば、図２および図５に示す例のように、絶縁層５および検知用電極６が、内部空間１ａの下面側（絶縁基板１ｂの下側電極４の表面側）に形成されている場合には、検知用電極６と上側電極３との接触を、また、図３および図４に示す例のように、絶縁層５および検知用電極６が、内部空間１ａの上面側（ダイアフラム１ｄの下面の上側電極３の下面）に形成されている場合には、検知用電極６と下側電極４との接触を、それぞれ検出するのにより有効である。

なお、電極用導体層２の露出表面には、電極用導体層２が酸化腐食することを防止するとともに、電極用導体層２と外部回路基板の配線導体とを接合するためのはんだ等の導電性接合材８との接合を良好なものとするために、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが電解めっき法により順次被着される。

また、上記の圧力検出装置用基体は、絶縁基板１ｂとスペーサ１ｃとダイアフラム１ｄとを焼結一体化することによって絶縁基体１を形成しているが、絶縁基板１ｂの上面とスペーサ１ｃの下面とに枠状の接合用金属層を形成しておき、接合用金属層の表面に厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層を被着させた後、Ａｇ−Ｃｕろう材のろう材等によりこれらの部材同士を接合することによって絶縁基体１を形成しても構わない。このような接合用金属層は、電極用導体層２と同様な方法によって形成することができる。

本発明の圧力検出装置は、図６に示す例のように、上記構成の本発明の圧力検出装置用基体の電極用導体層２に電子部品７が電気的に接続されている。本発明の圧力検出装置によれば、上記構成の圧力検出装置用基体の電極用導体層２に、電子部品７が電気的に接続されている。このことから、圧力検出装置用基体によって外部からの圧力の変化を精度よく検出して、演算処理装置等の電子部品７によって圧力の変化による静電容量の変化に応じた出力信号を処理することで、静電容量の変化を外部の圧力値の変化として精度良く検出することができる。

図６に示す例のように、演算処理装置等の電子部品７が導電性接合材８を介して電極用導体層２に直接接続される場合は、外部回路基板に搭載された同様の電子部品７に接続される場合に比較して、下側電極４および上側電極３と電子部品７との間の配線長を短くすることができるので、外部の圧力を精度良く検出することができるものとなる。また、電子部品７が内蔵された圧力検出装置とすることで、このような圧力検出装置および外部回路基板等を含めた圧力センサモジュールを小型化することができる。

電子部品７は、図６に示す例では、上述した演算処理を行なうための演算処理装置としての半導体素子であるが、これ以外に、チップコンデンサやチップ抵抗等の受動素子や加速度センサ等の電子部品を搭載しても構わない。

また、図６に示す例では、フリップチップ型の電子部品７が凹部１ｈ内の電極用導体層２上に導電性接合材８を介して接合されている。これにより、電子部品７の各電極と各電極用導体層２とが電気的に接続されるとともに、電子部品７が絶縁基体１に固定される。この場合の導電性接合材８としては、はんだバンプや金バンプ、または導電性樹脂（異方性導電樹脂等）が用いられる。また、電子部品７がワイヤボンディング型のものである場合には、電子部品７を凹部１ｈの底面にガラス，樹脂またはろう材等の接合材により固定した後、ボンディングワイヤを介して電子部品７の電極と電極用導体層２とが電気的に接続される。

また、図６に示す例では、電子部品７は、例えばエポキシ樹脂等の封止樹脂９により覆われることによって、凹部１ｈ内に封止されている。あるいは、凹部１ｈ内に実装された電子部品７を覆うようにして凹部１ｈを塞ぐように、金属やセラミックスから成る蓋体（図示せず）を絶縁基体１に接合することにより封止してもよい。

１・・・絶縁基体
１ａ・・・内部空間
１ｂ・・・絶縁基板
１ｃ・・・スペーサ
１ｄ・・・ダイアフラム
１ｅ・・・可撓領域
１ｆ・・・配線導体
１ｇ・・・枠体
１ｈ・・・凹部
１ｉ・・・切欠き状の凹部
２・・・電極用導体層
３・・・上側電極
４・・・下側電極
５・・・絶縁層
６・・・検知用電極
６ａ・・・検知用電極用配線
７・・・電子部品
８・・・導電性接合材
９・・封止樹脂

Claims

互いに平行に対向する上面および下面がある内部空間を有し、表面に複数の電極用導体層を有するセラミックスから成る絶縁基体と、前記内部空間の前記上面および前記下面にそれぞれ前記電極用導体層の少なくとも１つに電気的に接続されて形成された、互いに対向する上側電極および下側電極と、前記下側電極を被覆した絶縁層とを備え、前記上面が、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域である圧力検出装置用基体であって、前記可撓領域の中央部に対応する前記絶縁層の表面に、前記上側電極および前記下側電極とは電気的に独立な、前記絶縁層で被覆されていない前記上側電極との接触を検知するための検知用電極を備えていることを特徴とする圧力検出装置用基体。
請求項１に記載の圧力検出装置用基体の電極用導体層に電子部品が電気的に接続されていることを特徴とする圧力検出装置。