JPH07181093A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力により変形する可動電極として機能する
ダイヤフラム部を有するシリコン基板と固定電極が形成
された絶縁基板とで形成するセンサ用キャビティー部
に、塵埃等の侵入を防止した構造のゲージ圧測定用の静
電容量型圧力センサを供する。 【構成】 センサ用キャビティー部２５と、ガラス基板
側大気圧導入用貫通孔２０にシリコーンゲル１２を充填
し、固定電極２１をキャビティー部２５より外部に導出
するための横穴２６は、封止剤１５で封止されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゲージ圧測定用静電容
量型圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のゲージ圧測定用静電容量型圧力セ
ンサとして、一般に、図４に示す圧力センサが知られて
いる。図４に示す従来の静電容量型圧力センサは、シリ
コン基板１０には圧力に応じて変形する可動電極として
機能するダイヤフラム部１４を有しており、絶縁基板と
してのガラス基板１１上には固定電極２１が形成されて
いる。図に示すように、シリコン基板１０とガラス基板
１１とは、その一部が接合されており、これによって、
ダイヤフラム部１４の下側にはセンサ用キャビティー部
２５が形成される。

【０００３】これらシリコン基板１０及びガラス基板１
１によってセンサチップ１３が構成され、ガラス基板１
１は、ベース部材としての台座１８上に接着されてい
る。台座１８にはリード端子１７が設けられており、リ
ード端子１７とガラス基板上の固定電極２１は、リード
ワイヤー１６によって電気的に接続されている。

【０００４】ガラス基板１１及び台座１８のそれぞれ
に、大気導入用貫通孔２０および１９が形成されてお
り、これら二つの大気導入用貫通孔１９，２０は連通さ
れている。

【０００５】シリコン基板１０とガラス基板１１よりな
るセンサチップ１３には、固定電極引き出し用横穴２６
が設けられ、これによって固定電極２１がキャビティー
部２５の外に引き出される。その後、キャビティー部２
５とセンサチップ外部のキャップ内領域２２とを隔離す
るため、横穴２６は封止剤１５によって封止される。そ
して、台座１８と被測定圧力導入用貫通穴２４を設けた
カバー部材としてのキャップ２３とは、ハーメチックシ
ールによってシールされる。

【０００６】図４の静電容量型圧力センサでは、被測定
圧力導入用貫通穴２４を通して圧力伝達物質により圧力
が伝達されて、可動電極として機能するダイヤフラム部
１４に圧力が加わると、ダイヤフラム部１４は圧力に対
応して変形する。ダイヤフラム部１４の変形によって、
可動電極としてのダイヤフラム部１４と固定電極２１と
の間のギャップが変化することになる。ここで、可動電
極としてのダイヤフラム部１４と固定電極２１とで形成
される静電容量は、ｃ＝ξ（Ａ／ｄ）の関係がある。こ
こで、ｃ＝静電容量、ξ：空気の誘電率、Ａ：電極面
積、ｄ＝電極間ギャップである。

【０００７】従って、ダイヤフラム部１４と固定電極２
１間の電極間ギャップの変化によって、静電容量が変化
することにより、更に、圧力と電極間ギャップとの間に
は一定の相関関係があるから、静電容量を検出すること
によって圧力を知ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】静電容量型圧力センサ
は、固定電極と可動電極との間のギャップにより、静電
容量を形成する機構になっているので、このギャップに
塵埃等の不純物が侵入すると、特性が大きく変化する。
従来の静電容量型圧力センサでは、ガラス基板、及び台
座に大気導入用の貫通孔が設けられているため、この大
気導入用の貫通孔を通ってコンデンサを形成する固定電
極と可動電極の間のセンサ用キャビティー部に塵埃等が
侵入することにより、特性変化を起こすといった欠点が
あった。

【０００９】本発明の目的は、シリコン基板とガラス基
板との間に形成されるキャビティー部に塵埃等が侵入す
るという問題を解決した、高信頼性の静電容量型圧力セ
ンサを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】圧力により変形する可動
電極として機能するダイヤフラム部を有するシリコン基
板と固定電極が形成された絶縁基板とのそれぞれの電極
を対向させて、前記シリコン基板と前記絶縁基板を接合
してセンサ用キャビティー部を内包するセンサチップを
構成し、このセンサチップを大気導入用貫通孔を有する
ベース部材に固定する一方、被測定圧力導入用貫通穴を
有するカバー部材を覆設し、前記シリコン基板の圧力伝
達物質により伝えられた圧力により変形する可動電極と
してのダイヤフラム部と、前記絶縁基板上に形成された
固定電極により構成されたコンデンサの静電容量が、被
測定圧力により変化することを利用した静電容量型圧力
センサにおいて、

【００１１】（１）前記絶縁基板上に形成された固定電
極と前記シリコン基板の可動電極としてのダイヤフラム
部との間の空間と、絶縁基板に穿けられた大気導入用貫
通孔とにシリコーンゲルを充填する。及び

【００１２】（２）前記シリコン基板と前記カバー部材
との一部を封止剤によって封止して、前記被測定圧力導
入用貫通穴からのみ、圧力伝達物質が前記可動電極とし
てのダイヤフラム部と接触可能とする被測定圧力導入側
キャビティー部を、前記カバー部材とシリコン基板とで
囲んで形成する。及び

【００１３】（３）前記ベース部材に設けられた貫通孔
の外方への先端をパイプ状にして突出させて、かつその
貫通孔内にシリコーンゲル等による液体だまりを設けた
構造とする。

【００１４】

【作用】センサ用キャビティー部と、このキャビティー
部と連通する絶縁基板に穿けられた大気導入用の貫通孔
とをシリコーンゲルによって塞ぐ、あるいは、前記のキ
ャビティー部に、絶縁基板の大気導入用貫通孔を介して
連通するベース部材に穿けられた大気導入用貫通孔の方
に、シリコーンゲル等により液体だまりを設けると、セ
ンサ用キャビティー部に大気圧の伝達が可能であって、
かつ塵埃等の侵入を防ぐことができる。又、ベース部材
に穿けられた大気導入用貫通孔から入った大気が、セン
サ用キャビティー部に達するのに、なるべく迂遠な経路
を通るようにして、塵埃等の侵入を防ぐ。

【００１５】以上の手段により、センサ用キャビティー
部に塵埃等が侵入するのを防ぐことによって、この電極
間に形成されるコンデンサの静電容量の変動を抑えるこ
とが可能である。

【００１６】

【実施例】本発明に係わる静電容量型圧力センサの実施
例について、図面に基づき説明する。

【００１７】図１は、本発明の第一の実施例にかかる静
電容量型圧力センサの構造を示す断面図である。図１に
示す静電容量型圧力センサは、シリコン基板１０には圧
力に応じて変形する可動電極として機能するダイヤフラ
ム部１４が形成され、絶縁基板としてのガラス基板１１
上には固定電極２１が形成されている。シリコン基板１
０とガラス基板１１とはその一部が接合されており、こ
れによって、ダイヤフラム部１４の下側のガラス基板１
１との間には、キャビティー部２５が形成される。

【００１８】これらシリコン基板１０及びガラス基板１
１によって、センサチップ１３が構成され、センサチッ
プ１３はガラス基板１１を台座１８上に接着することに
よって、台座１８に固定されている。台座１８にはリー
ド端子１７が設けられており、リード端子１７と固定電
極２１は、リードワイヤー１６によって電気的に接続さ
れている。

【００１９】ガラス基板１１には大気導入用貫通孔２
０、台座１８には大気導入用貫通孔１９が形成されてお
り、これら二つの大気導入用貫通孔１９，２０は連通さ
れている。

【００２０】センサチップ１３には、固定電極引き出し
用横穴２６が設けられており、これを通って固定電極２
１がキャビティー部２５の外に引き出される。その後、
キャビティー部２５とセンサチップ外部のキャップ内領
域２２とを隔離するため、横穴２６は封止剤１５によっ
て封止される。

【００２１】センサ用キャビティー部２５、ガラス基板
側大気導入用貫通孔２０はシリコーンゲル１２により充
填されている。このシリコーンゲルは、大気圧伝達の媒
体として働く。

【００２２】そして、台座１８と被測定圧力導入用貫通
穴２４を設けたカバー部材としてのキャップ２３とは、
ハーメチックシールによってシールされる。

【００２３】上記のように、キャビティー部２５と、ガ
ラス基板側大気導入用貫通孔２０とをシリコーンゲル１
２により充すことにより、固定電極２１とダイヤフラム
部１４との間のキャビティー部２５内に外界からの塵埃
等の侵入を防止することができ、信頼性の高いゲージ圧
測定用静電容量型圧力センサを提供することができる。

【００２４】図２は、本発明の第二の実施例にかかる静
電容量型圧力センサの構造を示す断面図である。図２に
示す静電容量型圧力センサは、測定圧力により変形する
可動電極としてのダイヤフラム部１４を有し、その下に
キャビティー部２５を形成するシリコン基板１０と、固
定電極２１を有するガラス基板１１とから構成されるセ
ンサチップ１３を備えている。このセンサチップ１３
は、リード端子１７、及び大気圧導入貫通孔１９を配置
したベース部材としての台座１８上に接着されている。
前記リード端子１７と前記固定電極２１は、リードワイ
ヤー１６により電気的に接続されている。前記センサチ
ップ１３が接続された台座１８上には、被測定圧力を伝
達するための被測定圧力導入用貫通穴２４を有するキャ
ップ２３がハーメチックシールされている。

【００２５】センサチップ１３のシリコン基板１０側と
キャップ２３の間は、封止剤３３によって封止されてい
る。この封止剤３３は、シリコン基板１０とキャップ２
３の内面に密着している。この封止剤３３により、被測
定圧力導入側キャビティー４０とその他のキャップ内領
域２２が分離されている。又、大気導入用貫通孔１９に
より、キャップ内領域２２、及び固定電極引き出し用横
穴２６を介してキャビティー部２５が大気と連通してい
る。被測定圧力導入側キャビティー４０は、被測定圧力
を導入するための貫通穴２４から伝達される圧力を可動
電極としてのダイヤフラム部１４に直接伝達するように
している。前記センサチップ１３のシリコン基板１０側
とキャップ２３の間に封止剤３３を配置する工程は、予
め封止剤３３をセンサチップ１３、又はキャップ２３側
に配置することにより、台座１８とキャップ２３のハー
メチックシール工程と同時に行われる。

【００２６】上記のような構造にすることにより、大気
は大気導入用貫通孔１９、キャップ内領域２２、及び固
定電極引き出し用横穴２６を経由してセンサ用キャビテ
ィー部２５に到達するといった複雑な経路を通るため、
センサ用キャビティー部２５内に外界からの塵埃等が侵
入するのを防止することができ、信頼性の高い静電容量
型圧力センサを提供することができる。

【００２７】図３は、本発明の第三の実施例にかかる静
電容量型圧力センサの構造を示す断面図である。図３に
示す静電容量型圧力センサは、シリコン基板１０には圧
力により変形する可動電極としてのダイヤフラム部１４
が形成され、ガラス基板１１上には固定電極２１が形成
されている。シリコン基板１０とガラス基板１１とは、
その一部において接合されており、これによって、ダイ
ヤフラム部１４の下側には、センサ用キャビティー部２
５が形成されることになる。

【００２８】これらシリコン基板１０及びガラス基板１
１によってセンサチップ１３が構成され、センサチップ
１３はガラス基板１１によって台座１８上に接着されて
いる。台座１８には、リード端子１７、及び大気圧を導
入するためのパイプ状のポート５９を台座側の大気圧導
入用貫通孔１９と連通して設けており、リード端子１７
と固定電極２１は、リードワイヤー１６によって電気的
に接続されている。ガラス基板１１に設けられた大気導
入用貫通孔２０とパイプ状のポート５９は、台座側の大
気導入用貫通孔１９を介して連通している。又、パイプ
状のポート５９内には、シリコーンゲル等により液体だ
まり５３が設けられている。この液体だまり５３は、大
気圧の圧力伝達媒体として作用する。固定電極２１をセ
ンサ用キャビティー部２５から外部に引き出すための横
穴２６は、封止剤１５により封止されている。そして、
台座１８と被測定圧力導入用貫通穴２４を設けたキャッ
プ２３とは、ハーメチックシールによってシールされ
る。

【００２９】上記のように台座１８側の大気導入用貫通
孔１９の突端にパイプ状のポート５９をつなげ、このパ
イプ状ポート５９内に液体だまり５３を設けることによ
り、固定電極２１とダイヤフラム部１４との間のセンサ
用キャビティー部２５内に外界からの塵埃等の侵入を防
止することができ、信頼性の高いゲージ圧測定用静電容
量型圧力センサを提供することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明により、可動電極と固定電極との
間のセンサ用キャビティー部に塵埃等の侵入を防止する
ことができるため、特性変化の起こりにくい、信頼性の
高いゲージ圧測定用の静電容量型圧力センサを供給する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例にかかる静電容量型圧力
センサの構造を示す断面図。

【図２】本発明の第二の実施例にかかる静電容量型圧力
センサの構造を示す断面図。

【図３】本発明の第三の実施例にかかる静電容量型圧力
センサの構造を示す断面図。

【図４】従来の静電容量型圧力センサの構造を示す断面
図。

【符号の説明】

１０ シリコン基板 １１ ガラス基板（絶縁基板） １２ シリコーンゲル １３ センサチップ １４ ダイヤフラム部（可動電極として機能する） １５，３３ 封止剤 １６ リードワイヤー １７ リード端子 １８ 台座（ベース部材） １９ （大気導入用）貫通孔（台座側） ２０ （大気導入用）貫通孔（ガラス基板側） ２１ 固定電極 ２２ キャップ内領域 ２３ キャップ（カバー部材） ２４ （被測定圧力導入用）貫通穴 ２５ （センサ用）キャビティー部 ２６ （固定電極引き出し用）横穴 ４０ （被測定圧力導入側）キャビティー ５３ 液体だまり（シリコーンゲル等） ５９ パイプ状のポート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力により変形する可動電極として機能
   するダイヤフラム部を有するシリコン基板と、固定電極
   が形成された絶縁基板とのそれぞれの電極を所定の距離
   をおいて対向配置させ、前記シリコン基板と前記絶縁基
   板を接合してセンサチップを構成し、該センサチップを
   貫通孔を有するベース部材に固定し、貫通穴を有するカ
   バー部材を覆設してなる静電容量型圧力センサにおい
   て、前記固定電極と前記可動電極との間に形成されたキ
   ャビティー部と、前記ベース部材に設けられた貫通孔に
   連通して絶縁基板に穿けられた貫通孔とが、シリコーン
   ゲルにより充填されていることを特徴とする静電容量型
   圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記シリコン基板と前記カバー部材との
   一部が封止されて、前記貫通穴と連通するキャビティー
   が前記シリコン基板とカバー部材とで形成されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の静電容量型圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記ベース部材に設けられた貫通孔がベ
   ース部材の底面側に突出してパイプとなっており、該パ
   イプ内に液体だまりが設けられていることを特徴とする
   請求項１記載の静電容量型圧力センサ。