JPH06326332A - 静電容量型センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上に設けた電極の外部引き出しの信頼性
を向上させ、量産性のよい静電容量型センサを提供す
る。 【構成】 シリコンウエハより角枠状をした枠内に薄膜
状の弾性変形部３により感圧ダイヤフラム部４を支持さ
せたフレーム２を作製し、感圧ダイヤフラム部４に可動
電極５を形成する。フレーム２の内面には、固定電極６
を電極パッド１１に接続するための接続線９の接触領域
１０ｂを逆Ｔ字状にして配設する。また、別なシリコン
ウエハより固定電極６を形成したカバー７を作製し、そ
の内面には固定電極６を引き出すための引出し線８の接
触領域１０ａを直線状にして配設する。さらに、引出し
線８と接続線９の接触領域１０ａ，１０ｂには、配線方
向と平行に縦縞模様の凹凸部を有する金属膜１３を形成
して、フレーム２とカバー７を接合し、接触領域１０
ａ，１０ｂをそれぞれ交差させるように接触させて圧力
センサ１を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電容量型センサに関
する。具体的には、自動車の加速度や空気等のゲージ圧
を測定するために用いられる静電容量型センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】図５に、従来の静電容量
型の圧力センサ３１の概略断面図を示す。圧力センサ３
１は、シリコン基板よりなる角枠状をしたフレーム３２
の中央に感圧ダイヤフラム部３３が配設されており、感
圧ダイヤフラム部３３は薄膜状の弾性変形部３４により
フレーム３２の枠内全面に支持されている。感圧ダイヤ
フラム部３３は弾性変形部３４によって感圧ダイヤフラ
ム部３３の厚さ方向に自由に微小変位できるようになっ
ており、その上面には可動電極３５が形成されている。

【０００３】フレーム３２の上面にはガラス基板３６が
重ねられ、ガラス基板３６の周辺部は陽極接合によりフ
レーム３２に接合されている。ガラス基板３６の内面に
は、感圧ダイヤフラム部３３の可動電極３５と微小なギ
ャップを隔てて固定電極３７が設けられており、可動電
極３５と固定電極３７とによりコンデンサが構成されて
いる。

【０００４】この圧力センサ３１にあっては、実装基板
への配線を考慮すれば可動電極３５や固定電極３７は共
に、圧力センサ３１の上側から外部へ引き出す必要があ
る。このため、特に下側に向って配設された固定電極３
７の引き出しには、図５のようにガラス基板３６に貫通
孔３８を設け、貫通孔３８内に導電性樹脂３９等を封入
することにより固定電極３７と電気的に接続して、貫通
孔３８から固定電極３７を外部に引き出すこととしてい
た。

【０００５】しかし、圧力センサ３１においては、貫通
孔３８をガラス基板３６に貫通して開口させなければな
らず、ガラス基板３６に貫通孔３８を加工するのが非常
に困難であった。また、貫通孔３８に導電性樹脂３９を
封入しなければならず、固定電極３７を外部に引き出す
ための工程に手間が掛かり、量産性に劣っていた。

【０００６】図６には、別な従来例である圧力センサ４
１を示すが、この圧力センサ４１にあっては、ガラス基
板３６に切り欠き部４２を設け、ガラス基板３６とフレ
ーム３２とを接合することによりガラス基板３６上の基
板配線部４３とフレーム３２上の支持体配線部４４とを
電気的に接続して、フレーム３２上に露出した電極パッ
ド４５から固定電極３７を外部に引き出していた。この
ような構造は、半導体製造プロセスの観点からも実際的
であって、例えば、フレーム３２上の電極パッド４５と
支持体配線部４４とは半導体製造プロセスにより一体形
成することができる。また、基板配線部４３と固定電極
３７とはスパッタリングなどにより一体として形成する
こともできる。このため、固定電極３７の外部引き出し
を簡単に行なうことができ、量産性にも優れている。

【０００７】しかしながら、基板配線部４３と支持体配
線部４４の線幅は非常に狭いため、ガラス基板３６とフ
レーム３２とを接合する際に、両配線部４３，４４を重
ねるように位置合わせをすることは非常に困難であり、
位置合わせを容易にするために基板配線部４３と支持体
配線部４４とに接触領域（図示せず）を広く設けなけれ
ばならなかった。

【０００８】また、スパッタリングなどによって形成さ
れた基板配線部４３と半導体プロセスにより形成された
支持体配線部４４との接続は基板配線部４３と支持体配
線部４４との接触により行なわれるので、接合時にガラ
ス基板３６とフレーム３２とを密着させることができな
ければ、基板配線部４３と支持体配線部４４との接続が
不確実となって、固定電極３７の外部引き出しの信頼性
は低いものとなっていた。さらに、スパッタリングによ
り形成されたＡｌやＡｕなどの金属薄膜とシリコン材と
では接続抵抗が高く、そのため圧力センサ３１，４１の
検出感度等を低下させることにもなっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、基板上に設けた電極の外部引き出しの信頼性が
向上し、量産性に優れた静電容量型センサを提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の静電容量型セン
サは、検知部を有する検知基板と前記検知基板の少なく
とも一方に固定基板を接合し、検知部の変化を電極間の
静電容量の変化として検知する静電容量型センサにおい
て、前記検知基板若しくは前記固定基板のいずれか一方
の基板に電極パッドを設け、前記電極パッドを設けた基
板の接合側の面に前記電極パッドと導通する接続配線を
設け、他方の基板の接合側の面に当該基板に設けた前記
電極の電極引出し線を設け、前記接続配線と前記電極引
出し線とを略直角に交差するように接触させて前記電極
パッドと前記電極引出し線を電気的に接続したことを特
徴としている。

【００１１】また、前記電極引出し線の少なくとも前記
接続配線と接触させる領域の表面と、前記接続配線の少
なくとも前記電極引出し線と接触させる領域の表面に、
それぞれ凸条を有する金属膜を形成することとしてもよ
い。

【００１２】また、特に測定対象を空気のような流体の
圧力とする圧力センサに応用することができる。

【００１３】

【作用】本発明の静電容量型センサにおいて、検知基板
若しくは固定基板のいずれか一方の基板に電極パッドを
設け、その電極パッドと導通する接続配線を電極パッド
を設けた基板の接合側の面に設け、他方の基板の接合側
の面に当該基板の電極の電極引出し線を設け、接続配線
と電極引出し線とを略直角に交差するように接触させて
いるので、双方の基板に設けられた接続配線及び電極引
出し線を互いに接触させる領域を大きく広げる必要がな
く、基板同志を接合する際のアライントメント精度を緩
やかにすることができる。しかも、確実に接続配線と電
極引出し線とを接触させることができる。

【００１４】従って、静電容量型センサにおいて、いず
れか一方の基板に設けた電極を他方の基板に設けた電極
パッドから確実に外部に引き出すことができ、その信頼
性を向上させることができる。例えば、接続配線及び電
極引出し線の線幅をそのままにして互いに直交させるこ
とによりアライントメント精度を緩やかにすることがで
きる。また、接続配線と電極引出し線の接触領域を長く
すればするほど、その分だけ両基板の位置合わせに余裕
をもたせることができる。

【００１５】また、接続配線及び電極引出し線の少なく
とも互いに接触させる領域の表面に、それぞれ凸条の金
属膜を形成することにすれば、凸条に形成された金属膜
に接合時の応力が集中することにより、金属膜の凸部と
凸部が互いに交差して塑性変形を受けることになり、接
続配線と電極引出し線との接触抵抗を低減することがで
きる。従って、接続配線と電極引出し線との電気的な接
続が確実になって、静電容量型センサの感度が不安定に
なることもない。

【００１６】また、測定対象を空気のような流体の圧力
とする圧力センサに応用すれば、基板接合時のアライン
トメント精度を緩やかにでき、電極の外部引き出しを確
実にすることのできる信頼性のよい静電容量型の圧力セ
ンサを容易に作製することができる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の一実施例である静電容量型の
圧力センサ１の一部破断した斜視図である。圧力センサ
１は、角枠状をしたフレーム２の枠内に薄膜状の弾性変
形部３によって支持された感圧ダイヤフラム部４が中央
に配設され、弾性変形部３の弾性変形によって感圧ダイ
ヤフラム部４の厚さ方向に自由に微小変位できるように
なっている。また、フレーム２と感圧ダイヤフラム部４
及び弾性変形部３は、結晶シリコンウエハを半導体製造
プロセスを用いて一体として形成されており、感圧ダイ
ヤフラム部４には固定電極６に対向して可動電極５が形
成されている。

【００１８】フレーム２の上面にはシリコン製のカバー
７が重ねられ、カバー７の周辺部は陽極接合法により接
合されている。フレーム２上面のカバー７の内面には可
動電極５に対向して感圧ダイヤフラム部４の変位を検知
するための固定電極６が形成され、可動電極５と固定電
極６との間にコンデンサが構成されている。また、カバ
ー７内面には固定電極６を外部へ引き出すための引出し
線８が配設されていて、フレーム２の内面に形成された
接続線９に接続され、電極パッド１１を介して固定電極
６が外部へ引き出されている。また、感圧ダイヤフラム
部４の可動電極５は、フレーム２の内面に形成された引
出し線１２および別な電極パッド１１を介して外部へ引
き出されている。

【００１９】しかして、感圧ダイヤフラム部４に空気が
送り込まれると、感圧ダイヤフラム部４が空気の圧力Ｐ
を受けて変位し、感圧ダイヤフラム部４の変位量に応じ
て感圧ダイヤフラム部４の可動電極５と固定電極６との
間のギャップ量が変化して、コンデンサの静電容量が変
わる。送り込まれた空気の圧力Ｐによる当該コンデンサ
の静電容量の値の変化は、電極パッド１１，１１に接続
された検知回路により検知され、空気の圧力Ｐを知るこ
とができる。

【００２０】図２は、引出し線８と接続線９との接続を
示す説明図である。図２（ａ）に示すように、カバー７
上の引出し線８とフレーム２上の接続線９とが直交して
接触するように、引出し線８の末端部の接触領域１０ａ
（図中、斜線で示す。）は直線状に、また、接続線９の
末端部の接触領域１０ｂ（図中、梨地で示す。）は逆Ｔ
字状に形成され、引出し線８と接続線９とが電気的に接
続されている。このように引出し線８と接続線９とを交
差するように配設することによって、フレーム２とカバ
ー７との接合時の位置合わせの精度を緩やかにすること
ができ、引出し線８と接続線９とを確実に接続すること
ができる。例えば、引出し線８と接続線９の線幅をとも
に約２０μｍとし、交差させる引出し線８の接触領域１
０ａの長さＡと接続線９の接触領域１０ｂの長さＢをそ
れぞれ約１００μｍとすれば、縦方向横方向ともにフレ
ーム２とカバー７との接合時のアライメント精度を約１
００μｍの粗さでもって、引出し線８と接続線９の位置
合わせをすることができる。つまり、引出し線８及び接
続線９の線幅を細くしたままで位置合わせの精度を緩や
かにすることができる。

【００２１】また、図２（ｂ）に示すように、接続線９
の接触領域１０ｂを逆Ｌ字状としてもよく、引出し線８
の接触領域１０ａの長さＡと、接続線９の接触領域１０
ｂの長さＢをそれぞれ約１００μｍとすれば、図２
（ａ）の場合と同様に、縦方向横方向ともに約１００μ
ｍの精度でもって引出し線８と接続線９の位置合わせを
することができる。さらに、線幅を細くして、例えば１
０μｍ程度の細いものとした場合でも、引出し線８及び
接続線９の両接触領域１０ａ，１０ｂの長さＡ，Ｂをそ
れぞれ５０〜１００μｍ程度とすれば、やはり、５０〜
１００μｍ程度の精度でもって位置合わせをすることが
できる。

【００２２】図３に接続線９の接触領域１０ｂの概略構
造図を示す。図３（ａ）はその斜視図、図３（ｂ）は図
３（ａ）におけるＡ−Ａ´線断面図、図３（ｃ）は図３
（ａ）におけるＢ−Ｂ´線断面図である。図３（ａ）に
示すように、接触領域１０ｂには、配線方向と平行した
縦縞模様の凹凸部を有する金属膜１３が形成されてい
る。金属膜１３は例えばＡｕ／Ｎｉ／Ｔｉの多層構造を
していて、図３（ｂ）（ｃ）に示すようにフレーム２に
縦縞模様に形成した凸状の酸化膜１４ａを覆うように形
成され、酸化膜１４に設けられたコンタクトホール１５
によってフレーム２の導電性のｎ⁺領域１６に接続され
ている。

【００２３】この接触領域１０ｂは、例えば次のように
して形成することができる。まず、シリコン基板よりな
るフレーム２に導電性を持たせるためリンなどをイオン
注入しｎ⁺領域１６を形成したのち、フレーム２全面に
表面保護用の酸化膜１４を形成させる。次に形成された
酸化膜１４にエッチングによりコンタクトホール１５を
設けて凸状の酸化膜１４ａを形成させ、さらに凸状の酸
化膜１４ａを覆うようにスパッタリングなどにより金属
膜１３を凹凸状に形成させる。このとき、金属膜１３の
凸部１３ａは酸化膜１４の表面より突出させておく必要
がある。なお、本実施例においては金属膜１３の凸部１
３ａは酸化膜１４表面より１μｍ突出させることとし、
金属膜１３の凹凸の振幅は３００ｎｍとした。また、引
出し線８の接触領域１０ａにも同様にして凹凸状の金属
膜１３を形成させる。

【００２４】図４は、圧力センサ１を図３（ａ）のＡ−
Ａ´線に相当する箇所で一部破断した断面図である。図
３に示す構造をした引出し線８と接続線９とを図２
（ａ）に示すように、それぞれカバー７及びフレーム２
に形成して、カバー７とフレーム２を陽極接合にて接合
すると、引出し線８の金属膜１３の凸部１３ａと接続線
９の金属膜１３の凸部１３ａとに応力が集中し塑性変形
を生じ、図４に示すように、引出し線８と接続線９とを
確実に接続することができる。特に、表面酸化膜を生じ
やすいＡｌなどで金属膜１３を形成した場合でも、接合
時の塑性変形により表面酸化膜が破壊されて酸化されて
いないＡｌの金属膜１３，１３により接触することがで
きるので、接続抵抗をさらに下げることができる。

【００２５】このような構造を有する圧力センサ１にお
いては、固定電極６をフレーム２上の電極パッド１１か
ら確実に外部に引き出すことができ、また、引出し線８
と接続線９との接続抵抗が小さいので圧力センサ１の感
度が低下することもない。

【００２６】なお、シリコン基板同志を接合した実施例
について説明したが、従来例のようにシリコン基板及び
ガラス基板より構成される圧力センサについても応用が
可能である。また、図示はしないが、２枚の基板を接合
して作製された静電容量型の加速度センサにも応用でき
るのはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】本発明の静電容量型センサにおいて、検
知基板若しくは固定基板のいずれか一方の基板に設けた
電極パッドと導通する接続配線を当該基板の接合側の面
に設け、接続配線と他方の基板の接合側の面に設けた電
極の電極引出し線とを略直角に交差するように接触させ
ているので、接続配線及び電極引出し線の接続領域を大
きくすることなく、基板同志を接合する際のアライント
メント精度を緩やかにすることができる。従って、いず
れか一方の基板上の電極を他方の基板上の電極パッドに
接続することができ、当該電極の外部引き出しを確かな
ものにすることができる。

【００２８】また、接続配線及び電極引出し線の少なく
とも互いに接触させる領域の表面に、それぞれ凸条を有
する金属膜を形成すれば、凸部に形成された金属膜が互
いに塑性変形を受けることになり、接続配線及び電極引
出し線との接続抵抗を低減することができる。従って、
電極の外部引き出しの信頼性をさらに向上させることが
でき、静電容量型センサの感度が低下することもない。

【００２９】また、測定対象を空気のような流体の圧力
にすれば、接合時のアライントメント精度を緩やかにで
き、電極の外部引き出しを確実にすることができる信頼
性のよい静電容量型圧力センサを容易に作製することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である圧力センサを示す一部
破断した斜視図である。

【図２】（ａ）（ｂ）は同上の引出し線と接続配線の配
線を示す説明図である。

【図３】（ａ）は、同上の接続配線の接触領域を示す斜
視図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ´線断面図、
（ｃ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ´線断面図である。

【図４】引出し線と接続配線との接合状態を示す断面図
である。

【図５】従来例の圧力センサを示す概略断面図である。

【図６】別な従来例の圧力センサを示す概略断面図であ
る。

【符号の説明】 ２ フレーム ６ 固定電極 ８ 引出し線 ９ 接続線 １０ａ，１０ｂ 接触領域 １３ 金属膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検知部を有する検知基板と前記検知基板
   の少なくとも一方に固定基板を接合し、検知部の変化を
   電極間の静電容量の変化として検知する静電容量型セン
   サにおいて、 前記検知基板若しくは前記固定基板のいずれか一方の基
   板に電極パッドを設け、前記電極パッドを設けた基板の
   接合側の面に前記電極パッドと導通する接続配線を設
   け、他方の基板の接合側の面に当該基板に設けた前記電
   極の電極引出し線を設け、前記接続配線と前記電極引出
   し線とを略直角に交差するように接触させて前記電極パ
   ッドと前記電極引出し線を電気的に接続したことを特徴
   とする静電容量型センサ。
2. 【請求項２】 前記電極引出し線の少なくとも前記接続
   配線と接触させる領域の表面と、前記接続配線の少なく
   とも前記電極引出し線と接触させる領域の表面に、それ
   ぞれ凸条を有する金属膜を形成したことを特徴とする請
   求項１に記載の静電容量型センサ。
3. 【請求項３】 測定対象が空気のような流体の圧力であ
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型
   センサ。