JP5298583B2

JP5298583B2 - 圧力センサ

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Publication number: JP5298583B2
Application number: JP2008065973A
Authority: JP
Inventors: 久則与倉
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP2009222498A

Description

本発明は静電容量型の圧力センサに関するものである。

従来より、静電容量型の圧力センサとして、例えば、下記特許文献１に開示される静電容量型圧力センサがある。この静電容量型圧力センサは、圧力により変化するダイアフラム部（可動電極）およびキャビティ部が形成されるシリコン基板と、Ａｕ等の固定電極が形成されるガラス基板とを貼り合わせて形成されている。

ガラス基板に形成される圧力測定孔を介してキャビティ部内に導入される被検出対象の圧力に応じてダイアフラムが変位する。このダイアフラムの変位による可動電極と固定電極間の静電容量が変化に基づいて被検出圧力が検出される。
特開２０００−２９２２９２号公報

ところで、上記固定電極は、被検出対象、例えば、排ガス中のＮＯｘやＳＯｘから生成される硝酸や硫酸雰囲気等による電極腐食の防止のために、酸化膜等の絶縁膜に覆われて保護されている。しかしながら、製造中の膜欠損等が生じて電極保護機能が発揮されない場合には、検出用電極が腐食されてしまいセンサ出力の異常が生じるという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電極が腐食されるおそれのない圧力センサを提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の圧力センサでは、シリコンからなる基板（１１，１２）内に密閉状態で形成された圧力基準室（２１）の受圧面側壁（１２ａ，１２ｂ）を構成しこの圧力基準室の圧力と受圧面（２２）に作用する被検出圧力との圧力差に応じて変位するダイアフラム（２３）と、前記圧力基準室内の周壁のうち前記受圧面側壁に対向する壁（１１ａ）上に設けられる固定電極（１３）と、前記圧力基準室内の前記受圧面側壁上にて前記固定電極に対向して設けられる対向部（１４ａ）と前記圧力基準室外に設けられる室外部（１４ｂ）とを有する可動電極（１４）と、一端が前記固定電極に電気的に接続され他端が前記基板を貫通して当該基板の前記受圧面とは異なる面である非受圧面（２４）に露出し前記基板との間に絶縁膜を介して形成される第１の導電部（１８）と、一端が前記室外部に電気的に接続され他端が前記基板を貫通して前記非受圧面に露出し前記基板との間に絶縁膜を介して形成される第２の導電部（１９）と、前記非受圧面から突出する複数の突出部と、を備え、前記第１の導電部および前記第２の導電部は、前記基板および前記各突出部をそれぞれ貫通して当該各突出部の前記非受圧面から離間した端面からそれぞれ露出し、前記第１の導電部および前記第２の導電部を介する前記固定電極および前記可動電極の電圧と前記両電極間の静電容量とに基づき前記被検出圧力を検出することを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、固定電極が、シリコンからなる基板内に密閉状態で形成された圧力基準室内の受圧面側壁に対向する壁上に設けられており、可動電極が、その対向部により圧力基準室内の受圧面側壁上にて固定電極に対向して設けられている。また、第１の導電部は、その一端が固定電極に電気的に接続され、その他端が基板を貫通して当該基板の非受圧面に露出し基板との間に絶縁膜を介して形成されている。また、第２の導電部は、その一端が可動電極の室外部に電気的に接続され、その他端が基板を貫通して当該基板の非受圧面に露出し基板との間に絶縁膜を介して形成されている。そして、第１の導電部および第２の導電部を介する固定電極および可動電極の電圧と両電極間の静電容量とに基づき被検出圧力を検出する。

このように受圧面には電極および導電部が露出しないので、圧力センサを、その受圧面を被検査対象の雰囲気中に曝しかつその非受圧面を被検査対象の雰囲気中に曝さないようにして被取付部材に取り付けることにより、非受圧面に露出する第１の導電部および第２の導電部が被検査対象により腐食されることをなくすことができる。密閉状態の圧力基準室内に配置される固定電極および可動電極が腐食されないことは勿論のことである。
したがって、電極の腐食をなくすことができる。
特に、複数の突出部が非受圧面からそれぞれ突出している。また、第１の導電部および第２の導電部は、基板および各突出部をそれぞれ貫通して当該各突出部の非受圧面から離間した端面からそれぞれ露出している。
このように構成される各突出部を介して圧力センサを被取付部材に取り付けることにより、非受圧面を介して圧力センサを直接被取付部材に取り付ける場合と比較して、被取付部材からの外部応力の伝達を抑制することができる。その結果、圧力センサによる検出精度をさらに向上させることができる。
また、請求項２の発明では、請求項１の発明に対して、１つの突出部が非受圧面から突出している。また、第１の導電部および第２の導電部は、基板および１つの突出部を貫通して当該突出部の非受圧面から離間した端面からそれぞれ露出している。
このように構成される１つの突出部を介して圧力センサを被取付部材に取り付けることにより、非受圧面を介して圧力センサを被取付部材に取り付ける場合と比較して、被取付部材からの外部応力の伝達を抑制することができる。特に、複数の突出部を介して圧力センサを被取付部材に取り付ける場合と比較しても外部応力の伝達部位が一箇所だけになるので、外部応力の伝達をより抑制することができる。その結果、圧力センサによる検出精度をさらに向上させることができる。

請求項３の発明では、固定電極は、それぞれ離間する複数の同心環状電極であって受圧面側壁上の中央に各同心環状固定電極の中心が一致するように配置されている。また、可動電極は、複数の対向部が各同心環状固定電極にそれぞれ対向して配置されるとともに、各対向部にそれぞれ接続される複数の室外部が圧力基準室外に配置されている。また、第１の導電部は、一端が各同心環状固定電極にそれぞれ電気的に接続され他端が基板を貫通して非受圧面にそれぞれ露出し基板との間に絶縁膜を介して形成されるように複数設けられている。また、第２の導電部は、一端が各室外部にそれぞれ電気的に接続され他端が基板を貫通して非受圧面にそれぞれ露出し基板との間に絶縁膜を介して形成されるように複数設けられている。

このように固定電極と可動電極の各対向部とを複数の同心環状に形成して対向させることにより、被検出圧力に応じてダイアフラムが僅かに変位した場合であっても、個々の電極間での静電容量の変化を比較的大きくすることができるので、ダイアフラムの微少な変位を確実に検出することができる。その結果、請求項１等に記載の発明による作用・効果に加えて、圧力センサによる検出精度を向上させることができる。

以下、本発明の圧力センサの各実施形態について図を参照して説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る圧力センサ１０の概略構成を示す断面図である。本第１実施形態に示す圧力センサ１０は、後述する受圧面２２を被検査対象の雰囲気中に曝しかつ非受圧面２４を被検査対象の雰囲気中に曝さないようにして、被取付部材である自動車の車体Ｂに取り付けられて、被検査対象の圧力（被検出圧力）を検出するものである。

図１に示すように、圧力センサ１０は、主に、第１の基板１１と、第２の基板１２と、下部電極１３と、上部電極１４等から構成されている。

第１の基板１１はシリコン基板であって、この第１の基板１１には、その一側面（図１中の上側の面：以下、ダイアフラム側面１１ａともいう）の外縁に酸化膜等の絶縁膜を積層した段部１５が形成されている。この段部１５は、ダイアフラム側面１１ａ側から見て矩形状の開口部１５ａが中央に開口するように形成されている。なお、段部１５は、例えば、円形状の開口部が開口するように形成されてもよい。

段部１５が形成された第１の基板１１の全面には、酸化膜等の絶縁膜１６が成膜されている。

第１の基板１１の段部１５に囲まれたダイアフラム側面１１ａ上の一部には、絶縁膜１６を介して下部電極１３が設けられている。下部電極１３は、単結晶シリコンにより平板状に形成されている。なお、下部電極１３や後述する上部電極１４および貫通電極１８，１９は、例えば、多結晶シリコンやアルミニウム，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｗ，ＴｉＷ，ＴｉＮ等の金属や合金であってもよい。また、下部電極１３は、例えば、円板状に形成されてもよい。

第２の基板１２は、第１の基板１１と同様にシリコン基板であり、段部１５の開口部１５ａに進入可能な大きさの厚肉部１２ａと、この厚肉部１２ａより厚さが薄く当該厚肉部１２ａを中央部として囲むように外縁に形成される薄肉部１２ｂとを備えている。このため、第２の基板１２の一側面（図１中の下側の面）は、中央部が凸状に突出している。一方、第２の基板１２の他側面（図１中の上側の面）は、平坦に形成されている。

第２の基板１２の全面には、その他側面を除き酸化膜等の絶縁膜１７が成膜されている。なお、第２の基板１２は、その他側面を含めて全面に絶縁膜１７が成膜されてもよい。

第２の基板１２の厚肉部１２ａおよび薄肉部１２ｂの一側面上の一部には、絶縁膜１７を介して単結晶シリコン製の上部電極１４が設けられている。特に、上部電極１４の厚肉部１２ａ上の部位（以下、対向部１４ａともいう）は、後述するように下部電極１３に対向させたときにこの下部電極１３に略対称となるように形成されている。また、上部電極１４の薄肉部１２ｂ上の部位（以下、室外部１４ｂともいう）は、上部電極１４を圧力基準室２１外の基板内に内在させるための部位であって、基板から外方へ突出しないように形成されている。

図１に示すように、圧力基準室２１は、第１の基板１１のダイアフラム側面１１ａおよび段部１５の開口部１５ａと第２の基板１２の厚肉部１２ａおよび薄肉部１２ｂとにより密閉状態に形成されている。この圧力基準室２１内にて、下部電極１３と上部電極１４の対向部１４ａとが対向している。なお、圧力基準室２１内は真空であることが望ましい。

また、第２の基板１２の他側面を受圧面２２としたとき、第２の基板１２の厚肉部１２ａおよび薄肉部１２ｂの厚肉部１２ａ近傍部位は、圧力基準室２１の受圧面側壁を構成しこの圧力基準室２１の圧力と受圧面２２に作用する被測定圧力との圧力差に応じて変位するダイアフラム２３として機能する。

なお、ダイアフラム２３の厚さ、すなわち、第２の基板１２の厚肉部１２ａおよび薄肉部１２ｂの厚さは、被測定圧力の圧力範囲に応じて設定される。これにより、所望のセンサ感度を得ることができる。

図１に示すように、下部電極１３の一部には、導電部である単結晶シリコン製の貫通電極１８の一端が電気的に接続されており、この貫通電極１８の他端は、第１の基板１１の他側面（図１中の下側の面：以下、非受圧面２４ともいう）に露出している。この貫通電極１８は、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して下部電極１３の一部に達する貫通孔１８ａ内にて酸化膜等の絶縁膜１８ｂを介して形成されている。

また、上部電極１４の室外部１４ｂの一部には、導電部である単結晶シリコン製の貫通電極１９の一端が電気的に接続されており、この貫通電極１９の他端は、第１の基板１１の非受圧面２４に露出している。この貫通電極１９は、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、段部１５、絶縁膜１６を貫通して上部電極１４の室外部１４ｂの一部に達する貫通孔１９ａ内にて酸化膜等の絶縁膜１９ｂを介して形成されている。

このように構成される圧力センサ１０は、密閉状態の圧力基準室２１内にて下部電極１３と上部電極１４の対向部１４ａとが対向し、ダイアフラム２３の変位に応じた下部電極１３および上部電極１４の間の静電容量の変化に基づいて被検出圧力を検出する。なお、両電極１３，１４間の静電容量が一定になるように下部電極１３および上部電極１４に電圧を加えて制御することにより被検出圧力を検出してもよい。

下部電極１３および上部電極１４の間の静電容量を検出するための信号は、貫通電極１８および貫通電極１９を介して出力される。両貫通電極１８，１９は、非受圧面２４に露出しているため、図１に示すように、当該圧力センサ１０を車体Ｂに取り付けるときに非受圧面２４を被検出対象の雰囲気中に曝さないようにすることで両貫通電極１８，１９の腐食をなくすことができる。圧力基準室２１内に配置される下部電極１３および上部電極１４が腐食されないことは勿論のことである。

以下、上述のように構成される圧力センサ１０の製造方法の工程を図２（Ａ）〜（Ｅ）および図３（Ｆ）〜（Ｉ）を用いて説明する。図２（Ａ）〜（Ｅ）および図３（Ｆ）〜（Ｉ）は、第１実施形態における圧力センサ１０の製造方法の工程を示す説明図である。

まず、図２（Ａ）に示すように、第１の基板１１を用意し、この第１の基板１１のダイアフラム側面１１ａに絶縁膜を積層した後、この絶縁膜の中央部を矩形状に除去することにより中央部が矩形状に開口した開口部１５ａを有する段部１５を形成する。なお、図３（Ａ）に示す工程は、特許請求の範囲に記載の「第１工程」に相当し得るものである。

次に、図２（Ｂ）に示すように、段部１５が形成された第１の基板１１の全面に絶縁膜１６を成膜する。

次に、図２（Ｃ）に示すように、第１の基板１１の段部１５に囲まれたダイアフラム側面１１ａ上の一部に絶縁膜１６を介して単結晶シリコン等により下部電極１３を形成する。なお、図２（Ｃ）に示す工程は、特許請求の範囲に記載の「第２工程」に相当し得るものである。

次に、図２（Ｄ）に示すように、第２の基板１２を用意し、この第２の基板１２を一部研磨等して厚肉部１２ａおよび薄肉部１２ｂを形成する。なお、薄肉部１２ｂのうち、次工程にて上部電極１４の室外部１４ｂが形成される部位は、上部電極１４の厚さ分だけ薄くするように形成されている。そして、第２の基板１２の全面に絶縁膜１７を成膜する。

次に、図２（Ｅ）に示すように、第２の基板１２の厚肉部１２ａおよび薄肉部１２ｂ上に絶縁膜１７を介して単結晶シリコン等により上部電極１４を形成する。なお、図２（Ｅ）に示す工程は、特許請求の範囲に記載の「第３工程」に相当し得るものである。

次に、図３（Ｆ）に示すように、第２の基板１２の上部電極１４が形成された面とは反対の面を研磨等することにより第２の基板１２を薄膜化する。

次に、図３（Ｇ）に示すように、第２の基板１２の厚肉部１２ａを第１の基板１１の段部１５の開口部１５ａに進入させるととともに、薄肉部１２ｂを段部１５の上面に貼り付ける。これにより、第１の基板１１のダイアフラム側面１１ａおよび段部１５の開口部１５ａと第２の基板１２の厚肉部１２ａおよび薄肉部１２ｂとにより密閉状態である圧力基準室２１が形成される。この圧力基準室２１内にて下部電極１３と上部電極１４の対向部１４ａとが対向することとなる。そして、上記研磨面を受圧面２２としてこの受圧面２２に作用する被測定圧力と圧力基準室２１の圧力との圧力差に応じて変位するダイアフラム２３が形成される。なお、図３（Ｇ）に示す工程は、特許請求の範囲に記載の「第４工程」に相当し得るものである。

次に、図３（Ｈ）に示すように、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して下部電極１３の一部に達する貫通孔１８ａを形成する。そして、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、段部１５、絶縁膜１６を貫通して上部電極１４の薄肉部１２ｂ上の部位の一部に達する貫通孔１９ａを形成する。そして、両貫通孔１８ａ，１９ａに絶縁膜１８ｂ，１９ｂを成膜する。

次に、図３（Ｉ）に示すように、貫通孔１８ａに絶縁膜１８ｂを介して単結晶シリコン等により貫通電極１８を形成する。この貫通電極１８は、その一端が下部電極１３の一部に電気的に接続されるとともに、その他端が非受圧面２４に露出する。そして、貫通孔１９ａに絶縁膜１９ｂを介して単結晶シリコン等により貫通電極１９を形成する。この貫通電極１９は、その一端が上部電極１４の室外部１４ｂの一部に電気的に接続されるとともに、その他端が非受圧面２４に露出する。なお、図３（Ｈ），（Ｉ）に示す工程は、特許請求の範囲に記載の「第５工程」に相当し得るものである。
こうして、図１に示す圧力センサ１０が完成する。

以上説明したように、本第１実施形態に係る圧力センサ１０では、下部電極１３が、密閉状態で形成された圧力基準室２１内の受圧面側壁に対向する壁面であるダイアフラム側面１１ａ上に設けられており、上部電極１４が、その対向部１４ａにより圧力基準室２１内の受圧面側壁面の一部である厚肉部１２ａ上にて下部電極１３に対向して設けられている。また、貫通電極１８は、その一端が下部電極１３に電気的に接続され、その他端が絶縁膜１６、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して非受圧面２４に露出している。また、貫通電極１９は、その一端が上部電極１４の室外部１４ｂに電気的に接続され、その他端が絶縁膜１６、段部１５、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して非受圧面２４に露出している。そして、貫通電極１８および貫通電極１９により出力される下部電極１３と上部電極１４との間の静電容量の変化に基づき被検出圧力を検出する。

このように受圧面２２には両電極１３，１４および両貫通電極１８，１９が露出しないので、圧力センサ１０を、その受圧面２２を被検査対象の雰囲気中に曝しかつその非受圧面２４を被検査対象の雰囲気中に曝さないようにして被取付部材である車体Ｂ等に取り付けることにより、非受圧面２４に露出する両貫通電極１８，１９が被検査対象により腐食されることをなくすことができる。密閉状態の圧力基準室２１内に配置される下部電極１３と上部電極１４が腐食されないことは勿論のことである。
したがって、両電極１３，１４および両貫通電極１８，１９の腐食をなくすことができる。

また、本第１実施形態に係る圧力センサ１０では、第２の基板１２は、その中央部である厚肉部１２ａの厚さが外縁部である薄肉部１２ｂの厚さよりも厚くなるように形成されている。そして、下部電極１３に対向する上部電極１４の対向部１４ａは、圧力基準室２１内にて厚肉部１２ａ上に設けられている。

これにより、被検出圧力に応じてダイアフラム２３、すなわち、第２の基板１２が変位する際、主に薄肉部１２ｂの厚肉部１２ａ近傍部位が傾斜し厚肉部１２ａは傾斜せず下部電極１３に近接するように変位するので、下部電極１３に対する上部電極１４の対向部１４ａの傾斜を抑制することができる。その結果、圧力センサ１０による検出精度を向上させることができる。

また、本第１実施形態に係る圧力センサ１０の製造方法では、密閉状態で形成された圧力基準室２１の受圧面側壁を構成しこの圧力基準室２１の圧力と受圧面２２に作用する被検出圧力との圧力差に応じて変位するダイアフラム２３とこのダイアフラム２３の変位に応じた信号を出力するための下部電極１３および上部電極１４とを備え、圧力基準室２１内にて一部対向させた下部電極１３と上部電極１４の電圧と両電極１３，１４間の静電容量とに基づき被検出圧力を検出する圧力センサ１０の製造方法であって、第１工程により、第１の基板１１のダイアフラム側面１１ａに中央部が開口した段部１５を形成する。そして、第２工程により、段部１５により囲まれる第１の基板１１のダイアフラム側面１１ａに絶縁膜１６を介して下部電極１３を形成する。そして、第３工程により、第２の基板１２上に絶縁膜１７を介して上部電極１４を形成する。そして、第４工程により、下部電極１３と上部電極１４の対向部１４ａとを対向させるように第１の基板１１と第２の基板１２とを段部１５を介して貼り付けることにより第２の基板の他側面が受圧面２２として機能する圧力基準室２１およびダイアフラム２３を形成するとともに圧力基準室２１内にて下部電極１３と上部電極１４の対向部１４ａを対向させる。そして、第５工程により、一端が下部電極１３に電気的に接続され他端が絶縁膜１６、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して非受圧面２４に露出する貫通電極１８と、一端が上部電極１４の室外部１４ｂに電気的に接続され他端が絶縁膜１６、段部１５、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して非受圧面２４に露出する貫通電極１９とを形成する。

このように製造される圧力センサ１０を、その受圧面２２を被検査対象の雰囲気中に曝しかつその非受圧面２４を被検査対象の雰囲気中に曝さないようにして、被取付部材である車体Ｂ等に取り付けることにより、非受圧面２４に露出する両貫通電極１８，１９が被検査対象により腐食されることをなくすことができる。密閉状態の圧力基準室２１内に配置される下部電極１３と上部電極１４が腐食されないことは勿論のことである。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る圧力センサについて図４および図５を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る圧力センサ３０の概略構成を示す断面図である。図５（Ａ）は、圧力基準室２１内から見た上部電極３２を示す平面図であり、図５（Ｂ）は、圧力基準室２１内から見た下部電極３１を示す平面図である。

本第２実施形態に係る圧力センサ３０は、上記第１実施形態にて述べた下部電極１３および上部電極１４と貫通電極１８，１９に代えて、図４および図５に示す下部電極３１および上部電極３２と貫通電極３３〜３６を採用している点が、上記第１実施形態に係る圧力センサ１０と異なる。したがって、第１実施形態の圧力センサ１０と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図４および図５（Ｂ）に示すように、下部電極３１は、同心環状に離間して形成される内側環状電極３１ａおよび外側環状電極３１ｂを備えており、両環状電極３１ａ，３１ｂの中心が第２の基板１２の厚肉部１２ａの中央（被検出圧力の作用によりダイアフラム側面１１ａに最も近接する部位）に一致するように配置されている。

また、図４および図５（Ａ）に示すように、上部電極３２は、内側環状電極３１ａに略対称に形成される環状対向部３２ａと、この環状対向部３２ａに接続されて圧力基準室２１外の基板内に内在する室外部３２ｂと、外側環状電極３１ｂに略対称に形成される環状対向部３２ｃと、この環状対向部３２ｃに接続されて圧力基準室２１外の基板内に内在する室外部３２ｄとを備えている。

内側環状電極３１ａの一部には、導電部である単結晶シリコン製の貫通電極３３の一端が電気的に接続されており、この貫通電極３３の他端は、第１の基板１１の非受圧面２４に露出している。この貫通電極３３は、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して内側環状電極３１ａの一部に達する貫通孔３３ａ内にて酸化膜等の絶縁膜３３ｂを介して形成されている。

外側環状電極３１ｂの一部には、導電部である単結晶シリコン製の貫通電極３４の一端が電気的に接続されており、この貫通電極３４の他端は、第１の基板１１の非受圧面２４に露出している。この貫通電極３４は、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して外側環状電極３１ｂの一部に達する貫通孔３４ａ内にて酸化膜等の絶縁膜３４ｂを介して形成されている。

室外部３２ｂの一部には、導電部である単結晶シリコン製の貫通電極３５の一端が電気的に接続されており、この貫通電極３５の他端は、第１の基板１１の非受圧面２４に露出している。この貫通電極３５は、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、段部１５、絶縁膜１６を貫通して室外部３２ｂの一部に達する貫通孔３５ａ内にて酸化膜等の絶縁膜３５ｂを介して形成されている。

室外部３２ｄの一部には、導電部である単結晶シリコン製の貫通電極３６の一端が電気的に接続されており、この貫通電極３６の他端は、第１の基板１１の非受圧面２４に露出している。この貫通電極３６は、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、段部１５、絶縁膜１６を貫通して室外部３２ｄの一部に達する貫通孔３６ａ内にて酸化膜等の絶縁膜３６ｂを介して形成されている。

本第２実施形態に係る圧力センサ３０では、下部電極３１の内側環状電極３１ａおよび外側環状電極３１ｂと上部電極３２の環状対向部３２ａおよび環状対向部３２ｃとを同心環状に形成して対向させている。これにより、被検出圧力に応じてダイアフラム２３が僅かに変位した場合であっても、個々の電極間での静電容量の変化を比較的大きくすることができるので、ダイアフラム２３の微少な変位を確実に検出することができる。その結果、上記第１実施形態による作用・効果に加えて、圧力センサ３０による検出精度をさらに向上させることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る圧力センサについて図６を参照して説明する。図６は、第３実施形態に係る圧力センサ４０の概略構成を示す断面図である。

本第３実施形態に係る圧力センサ４０は、上記第２実施形態にて述べた第２の基板１２に代えて、図６に示す第２の基板４１を採用している点が、上記第２実施形態に係る圧力センサ３０と異なる。したがって、第２実施形態の圧力センサ３０と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図６に示すように、第２の基板４１には、上部電極３２の環状対向部３２ａおよび環状対向部３２ｃが配置されない部位の厚さが各対向部が配置される部位の厚さよりも薄くなるように各環状対向部３２ａ，３２ｃに対して略同心環状に形成される溝部４１ａ，４１ｂが設けられている。

このように構成される本第３実施形態に係る圧力センサ４０では、被検出圧力に応じて第２の基板４１の厚肉部１２ａが撓んだ場合であっても、各溝部４１ａ，４１ｂのみが変形するので、各環状電極３１ａ，３１ｂに対する各環状対向部３２ａ，３２ｃの傾斜を抑制することができる。その結果、上記第２実施形態による作用・効果に加えて、圧力センサ４０による検出精度をさらに向上させることができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る圧力センサについて図７を参照して説明する。図７は、第４実施形態に係る圧力センサ５０の概略構成を示す断面図である。

本第４実施形態に係る圧力センサ５０は、上記第１実施形態にて述べた下部電極１３および上部電極１４と貫通電極１８，１９に代えて、図７に示す第１下部電極５１、第２下部電極５２および上部電極５３と貫通電極５４，５５を採用している点が、上記第１実施形態に係る圧力センサ１０と異なる。したがって、第１実施形態の圧力センサ１０と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図７に示すように、第１下部電極５１および第２下部電極５２は、絶縁膜１６を介してダイアフラム側面１１ａ上に互いに離間して設けられている。また、上部電極５３は、第１下部電極５１および第２下部電極５２の双方に対向するように絶縁膜１７を介して第２の基板１２の厚肉部１２ａ上に設けられている。

第１下部電極５１の一部には、導電部である単結晶シリコン製の貫通電極５４の一端が電気的に接続されており、この貫通電極５４の他端は、第１の基板１１の非受圧面２４に露出している。この貫通電極５４は、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して第１下部電極５１の一部に達する貫通孔５４ａ内にて酸化膜等の絶縁膜５４ｂを介して形成されている。

第２下部電極５２の一部には、導電部である単結晶シリコン製の貫通電極５５の一端が電気的に接続されており、この貫通電極５５の他端は、第１の基板１１の非受圧面２４に露出している。この貫通電極５５は、非受圧面２４から絶縁膜１６、第１の基板１１、絶縁膜１６を貫通して第２下部電極５２の一部に達する貫通孔５５ａ内にて酸化膜等の絶縁膜５５ｂを介して形成されている。

このように貫通電極５４，５５を非受圧面２４に露出させることにより下部電極５１，５２および貫通電極５４，５５の腐食をなくすようにしてもよい。特に、貫通電極５４および貫通電極５５における第１の基板１１等を貫通する長さが等しくなるので、貫通電極の一方を上部電極に接続するために両貫通電極における第１の基板１１等を貫通する長さが異なる場合と比較して、両貫通電極５４，５５の形成が容易になる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）図８は、第１実施形態の第１変形例における圧力センサ１０の概略構成を示す断面図である。
図８に示すように、第２の基板１２の厚肉部１２ａおよび薄肉部１２ｂの圧力基準室２１内の面を平坦に形成してもよい。

これにより、中央部（厚肉部１２ａ）の厚さを外延部（薄肉部１２ｂ）の厚さよりも厚くした状態で上部電極１４が形成される圧力基準室２１内の面を平坦にすることができる。その結果、上部電極１４が形成される圧力基準室２１内の面を、加工を施さない寸法精度が高い基板成形時の面で構成することができるので、上部電極１４と下部電極１３との距離のバラツキが抑制され、圧力センサ１０の検出精度を向上させることができる。また、他の各実施形態においても第３実施形態を除き同様の効果がある。

（２）図９は、第１実施形態の第２変形例における圧力センサ１０の概略構成を示す断面図である。
上記第１実施形態において、図９に示すように、非受圧面２４から突出する複数の突出部６１を設け、両貫通電極１８，１９を、各突出部６１をそれぞれ貫通して当該各突出部６１の非受圧面２４から離間した端面６１ａからそれぞれ露出させてもよい。

このように構成される各突出部６１を介して圧力センサ１０を車体Ｂに取り付けることにより、非受圧面２４を介して圧力センサ１０を直接車体Ｂに取り付ける場合と比較して、車体Ｂからの外部応力の伝達を抑制することができる。その結果、上記第１実施形態による作用・効果に加えて、圧力センサ１０による検出精度をさらに向上させることができる。また、他の各実施形態においても同様の効果がある。

（３）図１０は、第１実施形態の第３変形例における圧力センサ１０の概略構成を示す断面図である。
上記第１実施形態において、図１０に示すように、非受圧面２４から突出する１つの突出部６２を設け、貫通電極１８に導電部１８ｃを介して電気的に接続される貫通電極１８ｄと貫通電極１９に導電部１９ｃを介して電気的に接続される貫通電極１９ｄとを、突出部６２をそれぞれ貫通して当該各突出部６２の非受圧面２４から離間した端面６２ａからそれぞれ露出させてもよい。なお、導電部１８ｃおよび導電部１９ｃは、図略の絶縁膜により保護されている。

このように構成される突出部６２を介して圧力センサ１０を車体Ｂに取り付けることにより、非受圧面２４を介して圧力センサ１０を直接車体Ｂに取り付ける場合と比較して、車体Ｂからの外部応力の伝達を抑制することができる。特に、複数の突出部を介して圧力センサ１０を車体Ｂに取り付ける場合と比較しても外部応力の伝達部位が一箇所だけになるので、外部応力の伝達をより抑制することができる。その結果、上記第１実施形態による作用・効果に加えて、圧力センサ１０による検出精度をさらに向上させることができる。また、他の各実施形態においても同様の効果がある。

（４）図１１は、第１実施形態の第４変形例における圧力センサ１０の概略構成を示す断面図である。
上記第１実施形態において、図１１に示すように、第１の基板１１と第２の基板１２とを、段部１５等を貫通して電気的に導通する導通部６３を形成してもよい。

これにより、第１の基板１１と第２の基板１２とが導通部６３を介して導通するので、両基板１１，１２を同電位にすることができる。そして、この導通部６３を接地することにより、両基板１１，１２の電位を一定に保ち外部の電荷の影響をなくすことができる。また、他の各実施形態においても同様の効果がある。

第１実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。図２（Ａ）〜（Ｅ）は、第１実施形態における圧力センサの製造方法の工程の一部を示す説明図である。図３（Ｆ）〜（Ｉ）は、第１実施形態における圧力センサの製造方法の工程の一部を示す説明図である。第２実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。図５（Ａ）は、圧力基準室内から見た上部電極を示す平面図であり、図５（Ｂ）は、圧力基準室内から見た下部電極を示す平面図である。第３実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。第４実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。第１実施形態の第１変形例における圧力センサの概略構成を示す断面図である。第１実施形態の第２変形例における圧力センサの概略構成を示す断面図である。第１実施形態の第３変形例における圧力センサの概略構成を示す断面図である。第１実施形態の第４変形例における圧力センサの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０，３０，４０，５０…圧力センサ
１１…第１の基板
１１ａ…ダイアフラム側面
１２，４１…第２の基板
１２ａ…対向部
１２ｂ…室外部
１３，３１…下部電極（固定電極）
１４，３２，５３…上部電極（可動電極）
１５…段部
１８，３３，３４…貫通電極（第１の導電部）
１９，３５，３６…貫通電極（第２の導電部）
２１…圧力基準室
２２…受圧面
２３…ダイアフラム
２４…非受圧面
５１…第１下部電極（第１の固定電極）
５２…第２下部電極（第２の固定電極）
６１，６２…突出部
６３…導通部

Claims

シリコンからなる基板内に密閉状態で形成された圧力基準室の受圧面側壁を構成しこの圧力基準室の圧力と受圧面に作用する被検出圧力との圧力差に応じて変位するダイアフラムと、
前記圧力基準室内の周壁のうち前記受圧面側壁に対向する壁上に設けられる固定電極と、
前記圧力基準室内の前記受圧面側壁上にて前記固定電極に対向して設けられる対向部と前記圧力基準室外に設けられる室外部とを有する可動電極と、
一端が前記固定電極に電気的に接続され他端が前記基板を貫通して当該基板の前記受圧面とは異なる面である非受圧面に露出し前記基板との間に絶縁膜を介して形成される第１の導電部と、
一端が前記室外部に電気的に接続され他端が前記基板を貫通して前記非受圧面に露出し前記基板との間に絶縁膜を介して形成される第２の導電部と、
前記非受圧面から突出する複数の突出部と、
を備え、
前記第１の導電部および前記第２の導電部は、前記基板および前記各突出部をそれぞれ貫通して当該各突出部の前記非受圧面から離間した端面からそれぞれ露出し、
前記第１の導電部および前記第２の導電部を介する前記固定電極および前記可動電極の電圧と前記両電極間の静電容量とに基づき前記被検出圧力を検出することを特徴とする圧力センサ。
シリコンからなる基板内に密閉状態で形成された圧力基準室の受圧面側壁を構成しこの圧力基準室の圧力と受圧面に作用する被検出圧力との圧力差に応じて変位するダイアフラムと、
前記圧力基準室内の周壁のうち前記受圧面側壁に対向する壁上に設けられる固定電極と、
前記圧力基準室内の前記受圧面側壁上にて前記固定電極に対向して設けられる対向部と前記圧力基準室外に設けられる室外部とを有する可動電極と、
一端が前記固定電極に電気的に接続され他端が前記基板を貫通して当該基板の前記受圧面とは異なる面である非受圧面に露出し前記基板との間に絶縁膜を介して形成される第１の導電部と、
一端が前記室外部に電気的に接続され他端が前記基板を貫通して前記非受圧面に露出し前記基板との間に絶縁膜を介して形成される第２の導電部と、
前記非受圧面から突出する１つの突出部と、
を備え、
前記第１の導電部および前記第２の導電部は、前記基板および前記１つの突出部を貫通して当該突出部の前記非受圧面から離間した端面からそれぞれ露出し、
前記第１の導電部および前記第２の導電部を介する前記固定電極および前記可動電極の電圧と前記両電極間の静電容量とに基づき前記被検出圧力を検出することを特徴とする圧力センサ。
前記固定電極は、それぞれ離間する複数の同心環状固定電極であって前記受圧面側壁上の中央に各同心環状固定電極の中心が一致するように配置され、
前記可動電極は、複数の対向部が前記各同心環状固定電極にそれぞれ対向して配置されるとともに前記各対向部にそれぞれ接続される複数の室外部が前記圧力基準室外に配置され、
前記第１の導電部は、一端が前記各同心環状固定電極にそれぞれ電気的に接続され他端が前記基板を貫通して前記非受圧面にそれぞれ露出し前記基板との間に絶縁膜を介して形成されるように複数設けられ、
前記第２の導電部は、一端が前記各室外部にそれぞれ電気的に接続され他端が前記基板を貫通して前記非受圧面にそれぞれ露出し前記基板との間に絶縁膜を介して形成されるように複数設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。