JPH1019705A

JPH1019705A - 静電容量型物理量センサ

Info

Publication number: JPH1019705A
Application number: JP19412996A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Yabe; 衛矢部
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス基板を使用しない構造とし、超小型で
高精度な静電容量型物量センサを安価に量産する技術を
提供すること【解決手段】金属板２と抑え部品３とがベース部品１
に固定されており、両者の間にシリコン素子４が挟み込
まれて固定されている。シリコン素子４には、所定の物
理量に応答して変位する感応部分４ａが形成されてお
り、その感応部分４ａと金属板２との間の微小間隙が前
記変位によって変化し、その変化により金属板２とシリ
コン素子４との間の静電容量が変化し、その静電容量が
センサ出力となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の圧力や加速
度や振動などの物理量に感応するセンサに関し、特に、
固定電極と可動電極との間に発生している静電容量をセ
ンサ出力とする静電容量型物理量センサの改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】次のような原理と基本構成の静電容量型
センサが、さまざまな形態で実用化されている。一例と
して圧力センサについて説明すると、まず、中央部分に
薄肉のダイアフラムを形成したシリコン素子と、ガラス
基板とが陽極接合により一体化される。そして、ダイア
フラムに対向するガラス基板の表面に固定電極となる金
属膜を形成し、さらに同一表面上に可動電極の配線電極
となる金属膜をパターン形成している。

【０００３】これにより、ダイアフラムは固定電極と微
小間隙をおいて対向し、ダイアフラムは可動電極として
機能し、もちろん固定電極とは絶縁された構造となる。
さらに、固定電極及び可動電極は、所定の配線電極パタ
ーンを介してガラス基板上に形成された電極パッドに導
通されている。

【０００４】そして、係る構成のチップ部品を、上部開
口した箱状のパッケージ内に収納固定する。そして、そ
のパッケージには、所定本数のリード端子がモールド形
成されており、固定電極及び可動電極に導通された各電
極パッドと、上記リード端子とは、ワイヤボンディング
により電気的に接続されている。これにより、両電極間
の静電容量が、リード端子を介して外部に出力可能とな
っている。つまり、２つのリード端子の間の静電容量が
センサ出力である。

【０００５】係るセンサの動作は、検出対象の圧力がダ
イアフラムに作用し、その圧力に応じてダイアフラムが
撓み、固定電極との間隔が変化し、したがって前記静電
容量が変化する。そして、電極間の距離と静電容量は一
義的に決まるので、静電容量から電極間距離がわかり、
さらには、その電極間距離からダイアフラムの変位量、
つまりはダイアフラムにかかった圧力を求めることがで
きる。

【０００６】同じような原理で、シリコン素子に加速度
や振動に応答して変位する感応部分を形成しておき、そ
の感応部分と固定電極との間の静電容量を検出する加速
度センサや振動センサも知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したガラス基板と
シリコン素子とを接合するという構造の従来のセンサで
は、ガラス基板の加工のために製造工程が複雑化すると
ともに、シリコン素子とガラス基板とを陽極接合する工
程も煩雑で、接合処理時にダイアフラムと固定電極が接
触し、融着してし不良品となるおそれもあった。また、
シリコン素子とガラス基板の接合時の残留応力や熱膨張
係数の差異による熱応力の影響で高精度なセンサを実現
することが難しかった。さらに、ガラス基板の微細加工
は難しいので、センサの超小型化が困難であった。

【０００８】また、リード端子との接続が、ボンディン
グワイヤを用いて行ったため、係るボンディング処理が
煩雑となるばかりでなく、ボンディングワイヤが断線す
ることなくボンディングするためには、ワイヤを急角度
に曲げることができず、ワイヤを這わすための空間が必
要となり、しかも、接続後もワイヤにふれて断線してし
まうおそれがある。

【０００９】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、ガラス基板を使用しない構造とし、超小型で高精度
で、信頼性・耐久性が高く、しかも製造が容易に行える
静電容量型センサを安価に量産する技術を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る静電容量型物理量センサでは、次
の各要件（１）〜（３）を備えて構成した。（１）半導体素子と、金属板と、抑え部品と、ベース部
品とからなる。（２）前記金属板と前記抑え部品とが前記ベース部品に
固定されており、両者の間に前記半導体素子が挟み込ま
れて固定されている。（３）前記半導体素子には、所定の物理量に応答して変
位する感応部分が形成されており、その感応部分と前記
金属板との間の微小間隙が前記変位によって変化し、そ
の変化により前記金属板と前記半導体素子との間の静電
容量が変化し、その静電容量がセンサ出力となる（請求
項１）。

【００１１】上記のように構成すると、ガラス基板が不
要となり、部品点数の削減並びに小型化が図れる。そし
て、半導体素子は、抑え部品により固定され、また金属
板が静電容量型の固定電極となるので、その金属板を延
長形成し、リード端子として使用することが可能とな
る。

【００１２】また、シリコン基板とベース部品は、接着
剤などにより強固に一体化されているのではなく、抑え
部品により押さえつけられてその移動が規制されている
だけであるので、仮に温度変化による熱膨張率が半導体
素子とベース部品とで異なっていたとしても、その熱膨
張の差があっても、相対的に滑りあうことにより吸収さ
れる。よって、半導体素子に歪みなど生じることもな
く、センサ特性が安定する。

【００１３】そして、好ましくは、請求項１において、
前記ベース部品は樹脂成形体であり、前記金属板はイン
サート成形により前記ベース部品と一体化されるように
構成することである（請求項２）。また、請求項１にお
いて、前記ベース部品は樹脂成形体であり、前記金属板
と前記抑え部品とはインサート成形により前記ベース部
品と一体化されるようにしても良い（請求項３）。

【００１４】さらにまた、請求項１において、前記抑え
部品は板バネとするとなお良い（請求項４）。

【００１５】また、請求項１において、前記半導体素子
と前記金属板とは絶縁されており、前記抑え部品は金属
製で前記半導体素子と導通しており、前記金属板と前記
抑え部品が前記静電容量出力を取り出すリード端子も兼
ねるようにするとなお良い（請求項５）。さらに、請求
項１において、前記半導体素子と前記金属板とは絶縁さ
れており、前記半導体素子に導通した別の金属板があ
り、その２つの金属板が前記静電容量出力を取り出すリ
ード端子も兼ねているようにしてもよい（請求項６）。

【００１６】一方、請求項１において、前記ベース部品
はプリント配線板であり、前記金属板はそのプリント配
線板に印刷形成された金属膜で構成しても良い（請求項
７）。

【００１７】さらに、請求項１において、前記ベース部
品と前記抑え部品とが一体的に成形されており、その成
形体の所要部分の表面を金属化して前記金属板としても
よい（請求項８）。

【００１８】

【発明の実施の形態】

＝＝＝＝第１の実施の形態＝＝＝＝本発明の第１の実施の形態による圧力センサの構成を図
１，図２に示している。このセンサは、樹脂成形体から
なるベース部品１と、このベース部品１に固定された第
１の金属板２と、ベース部品１に固定された抑え部品と
しての第２の金属板３と、両金属板２，３の間に挟み込
まれて固定されたシリコン素子４とから構成されてい
る。

【００１９】第１，第２の金属板２，３は、ベース部品
１とともにインサート成形されてベース部品１に一体化
されている。特に、第１の金属板２は、ベース部品１の
中央平面にあてがうように固定される。また、第２の金
属板３は、その中央部がベース部品１の側壁に埋め込ま
れて固定されている。そして、第２の金属板３は、第１
の金属板２の上部に一定間隔をおいて対向している。さ
らに、第２の金属板３は板バネのような弾性材で構成さ
れており、その第２の金属板３の先端は、上方に向けて
少し曲っており、後述のようにシリコン素子４を挿入す
る作業性を良くしている。

【００２０】ベース部品１は、矩形箱状の本体１ａの下
面に、圧力導入管１ｂを一体に形成した形状からなり、
本体１ａは、その上面及び側面の１面が開放している。
つまり、３つの側壁を備えている。そして、樹脂成形に
より一体成形されている。また、圧力導入管１ｂの内部
は、上下に貫通する孔１ｃとなっている。

【００２１】そして、第１の金属板２の先端は、上記本
体１ａの開放された側面側からさらに外側に突出するよ
うに配置され、その先端がリード端子２ａとなる。ま
た、第１の金属板２の圧力導入管１ｂ（孔１ｃ）に対向
する位置には、孔２ｂが形成されている。

【００２２】また第２の金属板３は、その一部が上記し
たように、本体１ａの３つの側壁に埋設され、水平状態
を保持し、第１の金属板２と反対側に伸びるように形成
される。そして、その先端は、下方に向けてクランク状
に折曲され、リード端子３ａとなる。さらに、第２の金
属板３の所定位置に孔３ｂを形成する。そして、この孔
３ｂは、上記した第１の金属板２に形成した孔２ｂ，圧
力導入管１ｂと同軸上に位置している。

【００２３】さらに、第１，第２の金属板２，３間の間
隔は、無負荷状態では、シリコン素子４の厚さよりも若
干狭くしている。これにより、図２に示すように、本体
１の開放側からシリコン素子４を両金属板２，３間に挿
入すると、第２の金属板３が情報に弾性変形しながらシ
リコン素子４の挿入を許容する。そして、シリコン素子
４が完全に挿入された（図１の状態になる）ならば、第
２の金属板３の弾性復元力（バネ圧）により、シリコン
素子４の離脱を抑止するようになる。

【００２４】シリコン素子４は、肉厚の枠部４ｂに肉薄
のダイアフラム４ａが取り囲まれた形状となっている。
そして、このシリコン素子４が、上記したようにベース
部品１に固定された第１，第２の金属板２，３の間に挿
入されて、第２の金属板３のバネ力で固定されている。
この時、ダイアフラム４ａと第１の金属板２は、微小間
隙をおいて対向しているため、その間隔に応じた所定の
静電容量が発生している。

【００２５】そして、ダイアフラム４ａの下面には、ベ
ース部品１に形成れさた孔１ｃと第１の金属板２に形成
された孔２ｂを通じて外部の圧力Ｐ１が作用する。ま
た、ダイアフラム４ａの上面には第２の金属板３の孔３
ｂを通じて外部の圧力Ｐ２が作用する。従って、ダイア
フラム４ａは測定対象の圧力（Ｐ１−Ｐ２）に応じて撓
み変形する。その結果、ダイアフラム４ａと第１の金属
板２の間隔が圧力に応じて変化する。

【００２６】本実施の形態では、ダイアフラム４ａ自身
が静電容量型センサの可動電極として機能し、第１の金
属板２が固定電極として機能する。もちろん、可動電極
としてのダイアフラム４ａと固定電極としての第１の金
属板２とは電気的に絶縁されている。つまり、シリコン
素子４の枠部４ｂが第１の金属板２と当接しているが、
この接触部分は後述するような手段で絶縁されている。

【００２７】これに対して、シリコン素子４の枠部４ｂ
を上から抑え付けている抑え部品としての第２の金属板
３とは電気的に導通しており、この第２の金属板３が可
動電極としてのダイアフラム４ａに接続されたリード端
子の役目も兼ねている。さらに、固定電極としての第１
の金属板２の一端部が外部に突出していてリード端子の
役目も兼ねている。つまり、両金属板２，３の突出部分
（リード端子部分２ａ，３ａ）に外部回路を接続するこ
とで、固定電極（第１の金属板２）と可動電極（ダイア
フラム４ａ）との間の静電容量、すなわちセンサ出力を
読み取ることができる。

【００２８】＝＝シリコン素子４の製造方法＝＝枠部４ｂとダイアフラム４ａからなるシリコン素子４の
製造方法は、基本的に従来と同じであるが、その一例を
図３を参照しながら一応説明しておく。つまり、以下に
示す〜の順で処理を行う。図３（ａ）のように、両面研磨したＰ型シリコンウエ
ハ（４−０）の上面に対し、前記枠部４ｂとなる部分の
不純物濃度を上げ（４−０１）、さらにアルミニウムを
蒸着する（４−０２）。このようにすることにより、導
電率を高くし、第２の金属板３との接触抵抗を低くする
ようにしている。図３（ｂ）のように、シリコンウエハ（４−０）の両
面に窒化膜（４−０３）を熱ＣＶＤで形成し、下面側の
前記ダイアフラム４ａに相当する部分の窒化膜を除去す
る。図３（ｃ）のように、エッチングにより窒化膜（４−
０３）で覆われずに露出したシリコンウエハ（４−０）
を除去し、ダイアフラム４ａ用の薄肉部を形成する。図３（ｄ）のように、ウエハ（４−０）の両面に窒化
膜（４−０４）をさらに堆積し、ダイアフラム４ａの形
成のためにパターニングする。つまり、ダイアフラム４
ａに相当する上面側の部分に相当する窒化膜を除去す
る。図３（ｅ）のように、ディープエッチングによりシリ
コンウエハ（４−０）の上面より、露出面を除去し、所
定の肉厚のダイアフラム４ａを形成する。図３（ｆ）のように、枠部４ｂの下面側になる部分に
レジスト（４−０５）を塗布する。図３（ｇ）のように、レジスト（４−０５）以外の部
分の窒化膜（４−０３，４−０４）をドライエッチで除
去する。図３（ｈ）のように、レジスト（４−０５）を除去
し、ダイシングによりチップに分割する。これにより、
シリコンウエハ（４−０）の上面の周囲は、低抵抗とな
り、また、シリコンウエハ（４−０）の下面の周囲は、
窒化膜（４−０４）が残り、高抵抗となる。

【００２９】＝＝シリコン素子４と金属板２の絶縁手段
＝＝図１の実施の形態においては、シリコン素子４の枠部４
ｂの下面が金属板２の上に当接するが、この部分を電気
的に絶縁しておく必要がある。そのための１つの代表的
な手段としては、枠部４ｂと金属板２の接触界面に絶縁
層を介在させる必要がある。

【００３０】係る絶縁層として、例えば、枠部４ｂの下
面にあらかじめ窒化膜を形成しておくことにより形成で
きる。これは、上記した図３に示したシリコン素子４の
製造方法を実施することにより形成できる。

【００３１】また、シリコン素子４の枠部４ｂの下面側
にＰＮＰ構造の絶縁層を形成させておく方法もある。そ
の場合のシリコン素子４の製造方法は、以下の′〜
′の各工程を順に実施することにより行える。 ′図４（ａ）のように、両面研磨したＰ型シリコンウ
エハ（４−０）の前記枠部４ｂとなる部分をＮ型シリコ
ン（４−０７）にする。なお、他の領域はレジスト（４
−０６）で保護しておく。 ′図４（ｂ）のように、Ｎ型にした領域（４−０７）
の表面側をＰ型にする（４−０８）。 ′図４（ｃ）のように、シリコンウエハ（４−０）に
窒化膜（４−０９）を形成し、前記ダイアフラム４ａに
相当する部分の窒化膜を除去する。 ′図４（ｄ）のように、エッチングによりシリコンウ
エハ（４−０）の下面側露出部分を所定量除去し、ダイ
アフラム４ａ用の薄肉部を形成する。 ′図４（ｅ）のように、ウエハ（４−０）の両面に窒
化膜（４−１０）をさらに堆積し、ダイアフラム４ａの
形成のためにパターニングする。 ′図４（ｆ）のように、ディープエッチングによりシ
リコンウエハ（４−０）の上面側露出部分を所定量除去
し、所定の膜厚からなるダイアフラム４ａを形成する。 ′図４（ｇ）のように、窒化膜（４−０９，４−１
０）をドライエッチで除去する。 ′図４（ｈ）のように、ダイシングによりチップに分
割する。これにより、シリコンウエハ（４−０）の下面
の周囲は、ＰＮＰ構造となり、ダイアフラム４ａ側とシ
リコンウエハ（４−０）の下面周囲とはＮ層により絶縁
状態となる。

【００３２】このように、シリコン素子４側に絶縁膜
（絶縁層）を形成する構造に限らず、例えば、図示省略
するが、第１の金属板２の表面に絶縁層を形成しておく
こともできる。さらには図５に示すように、樹脂製のベ
ース部品１の本体１ａ内底面に段部１ｄを形成し、その
段部１ｄの上面にシリコン素子４の枠部４ｂを設置させ
る。これにより、シリコン素子４と第１の金属板２との
間には、段部１ｄが介在するので、絶縁される。

【００３３】そして、この様にＰＮＰ構造による絶縁構
造の場合には、シリコン素子４の内部で絶縁が得られる
ため、静電容量形成空間５の厚みの制御が容易となる。
つまり、図３に示した窒化膜を成膜する方法では、その
窒化膜の厚みを考慮する必要があるとともに、窒化膜が
均一に形成されないと、気密性の問題が生じる。さら
に、部分的に絶縁が必要な場合でも対応が可能となる。

【００３４】そして、図示の例では、シリコン素子４の
下面側は、ダイアフラム４ａと枠部４ｂとが面一、つま
りシリコン素子の上面側のみからエッチングすることに
よりダイアフラム４ａを形成した構成としている。これ
により、エッチング工程数が削減でき、製造が容易とな
る。なお、シリコン素子４は、上記した第１の実施の形
態と同様に上下両面からエッチングしてダイアフラムを
製造するものでもちろんよい。

【００３５】上記の構成にすることにより、従来の静電
容量型圧力センサで使用しているガラス基板が不要とな
り、小型化が図れるとともに部材削減に伴うコスト安が
図れる。

【００３６】また、一般の圧力センサのようにワイヤボ
ンド、ダイボンドの工程が不要となる（ふたつの金属板
間に感圧素子としてのシリコン素子を挿入するのみで、
外部との電気的接続，圧力の接続が達成できる）ととも
に、ガラスとシリコンの接合工程も不要となるので、製
造工程が簡略化される。

【００３７】さらに、シリコン素子４は、２つの金属板
２，３で挟んであるだけなので、素子に応力はかからな
い。つまり、従来のセンサの場合、シリコンとガラスの
接合が高温で行われるための残留応力やガラスとシリコ
ンの熱膨張係数の差異から生じる熱応力が問題となる
が、本例では係る問題を生じない。その結果、センサの
特性が良好となる。

【００３８】＝＝第１の実施の形態を基本とする変形例
＝＝上記した第１の実施の形態の構造を基本とし、以下のよ
うに各種の変形実施が可能なる。各変形例では、第１の
実施の形態と異なる特徴的事項を説明し、第１の実施の
形態と同様の構成については、説明を省略する。

【００３９】図６に示すように、シリコン素子４の外周
囲に樹脂５を塗布して封止することができる。この封止
用の樹脂５としては、センサ特性に影響を与えないよう
に硬化時の弾性率が低いゲル状のシリコン樹脂が適して
いる。

【００４０】係る構成にすることにより、通常の測定時
では、被測定圧力（Ｐ１）流体の大気（Ｐ２）への漏洩
を完全に防げる。但し、過大圧力印加時には、その樹脂
５と本体１ａの側壁及びまたは第１の金属板２との間を
通って外部に漏洩させることができ、フェールセーフ機
能を発揮することが可能となる。

【００４１】図７に示すように、シリコン素子４の外周
下面側に切り欠き４ｃを設け、その切り欠き４ｃにシリ
コンゴム製のガスケット６をはめ込むようにしてもよ
い。なお、係る切り欠き４ｃは、ダイアフラム成形と同
様にエッチングにより製造することが可能となる。

【００４２】係る構成にすることにより、上記した図６
の場合と同様に、気密保持でき、被測定圧力の漏洩を防
止できる。そして、シリコンゴムで形成すると、シリコ
ン素子４への応力が小さいため、センサ特性も良好とな
る。さらには、組立後もシリコン素子４の交換が可能と
なる。

【００４３】図８に示すように、第２の金属板３の上に
圧力導入用のパイプ７を付けてもよい。なお、圧力導入
のパイプ７は、真鍮などを用い、第２の金属板３にろう
づけなどで接合することができる。係る構成にすること
により、任意の２つの特定の圧力の差圧を測定できるよ
うになる。

【００４４】図９，図１０に示すように、リード端子を
兼ねた抑え部品としての第２の金属板３を２本の細い金
属板３１と３２に分けて、シリコン素子４の両側部を２
本の金属板３１と３２で抑え付けて固定してもよい。
尚、図１０（ａ），（ｂ）はそれぞれ図９中Ａ−Ａ線矢
視断面図，Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。

【００４５】この実施の形態の場合は図１１〜図１３に
示す合理的な製造方法を採用できる。この製造方法は、
ＩＣのパッケージングに古くから採用されている技術が
中心である。すなわち、１枚の長いフープ材を連続プレ
ス加工することで、第１の金属板２と第２の金属板３１
・３２のセットを連続状態で製作する（図１１）。この
時、両金属板２と３１・３２間の間隔は、シリコン素子
４の厚さよりも若干狭くなるように折り曲げる。

【００４６】その連続したままの状態で樹脂成形工程に
進め、第１の金属板２と第２の金属板３１・３２のセッ
トをインサート部品としてインサート成形を行い、第１
の金属板２と第２の金属板３１・３２のセットと一体的
にベース部品１を製作する（図１２）。

【００４７】その後各セットを分割し、ベース部品１に
固定された第１の金属板２と第２の金属板３１・３２の
間にシリコン素子４を挿入することにより、センサが製
造される（図１３）。

【００４８】上記した各実施の形態及び変形例は、いず
れも無負荷状態で第２の金属板３と第１の金属板２間の
間隔が、シリコン素子４の厚さよりも狭く、シリコン素
子４を挿入することにより、第２の金属板３が弾性変形
し、その第２の金属板３の弾性復元力によりシリコン素
子４を抑えるようにしたが、以下の実施の形態では、無
負荷状態では両金属板２，３間の間隔はシリコン素子４
よりも広くし、シリコン素子４を装着した状態で第２の
金属板３を弾性変形させるとともにその状態を保持する
ことにより、シリコン基板４を抑えるようにしている。

【００４９】つまり、図１４に示すように、第１の金属
板２の上にシリコン素子４をセットしてから、抑え部品
としての板バネ製の第２の金属板３を下方に曲げてシリ
コン素子４を抑え付ける。そして図１５に示すように金
属板３の先端をベース部品１に設けた鉤部１ｅに引っ掛
けて固定する。これにより、第２の金属板３は、略Ｖ字
状に折曲し、その折曲点でシリコン素子４の枠部に接触
し固定するようになっている。

【００５０】また、この例では、ベース部品１の本体１
ａの側面には、外部に開放されている面がない。よっ
て、外部からの埃等の侵入をより確実に抑止できる。ま
た、シリコン素子４をベース部品１にセットしてから固
定するので、組立時にシリコン素子４に破損することが
ない。

【００５１】＝＝第２の実施の形態＝＝第１の実施の形態では、金属板３が抑え部品としての機
能とリード端子としての機能の両方を受け持っていた
が、第２の実施の形態では、抑え部品３５とリード端子
３６とを別部品としている。

【００５２】まず図１６〜図１８に示す実施の形態につ
いて説明する。固定電極とリード端子を兼ねている第１
の金属板２と、新設したリード端子３６とが、樹脂製の
ベース部品１と一体にインサート成形されている。ベー
ス部品１の中央平面に第１の金属板２とリード端子３６
の主部が面一に並んでおり、その部分にシリコン素子４
が搭載されている。

【００５３】また、シリコン素子４とリード端子３６と
は電気的に接続されている。一方、抑え部品３５は板バ
ネ製で、シリコン素子４を上から抑え付けて固定し、自
らはベース部品１の鉤部１ｅに引っ掛かって止まってい
る。

【００５４】さらに、本例では、リード端子３６とシリ
コン素子４の枠部４ｂとの接触面積を広くするために、
図１６（ｂ）に示すように、第１の金属板２のシリコン
素子４の枠部４ｂと接触する部分は、その幅を細めて首
部２ｄとし、リード端子３６のベース部品１内に配置さ
れる部分の形状を第１の金属板２の周囲を囲む用にす
る。この時、第１の金属板２と、リード端子３６が接触
しないようにするため、リード端子３６は完全には固定
電極部を取り囲まないでその先端側の一部が切断された
形状としている。これにより、シリコン素子４の枠部４
ｂの外周部は、その下面のほぼ全周にわたってリード端
子３６と接触している。なお、シリコン４のリード端子
３６と接する面には、良好な電気的接触を得るために高
不純物濃度化及び金の蒸着処理が施されている。

【００５５】一方、シリコン素子４と第１の金属板２と
は前述のような手段で絶縁することができる。すなわ
ち、図１８（ｂ）に示すように、枠部４ｂの接触部分
を、電気的絶縁を得るためにＰＮＰ構造とすることがで
きる。つまり、符号４ｂ-1がＮ型で、符号４ｂ-2がＰ型
となる。

【００５６】係る構成とすると、リード端子３６と第１
の金属板２とは同一のリードフレームで製作が可能とな
るため、生産性がより向上する。

【００５７】また、絶縁方法は、上記したものに限ら
ず、例えば図１７（ｂ）のＢ−Ｂ断面の構造を図１９に
示すように、シリコン素子４の第１の金属板２と重なる
部分に凹状の溝４ｆを設け、この溝４ｆ内にポリイミド
樹脂３８充填し、塞ぐ構造を採ることもできる。これに
より、第１の金属板２は、絶縁性のポリイミド樹脂３８
と接触するので、シリコン素子４との接触が抑止され
る。

【００５８】図２０の実施の形態は、金属板２の曲げ形
状が図１６〜図１９に示した実施の形態と異なり、第１
の金属板２とシリコン素子４とが非接触の状態で組み立
てられている。つまり、第１の金属板２を途中で折り曲
げることにより、シリコン素子４及びリード端子３６と
接触することなしに外部にリード端子２ａとして導かれ
るようにしている。

【００５９】したがって、第１の金属板２とシリコン素
子４とを前述のような手段で絶縁する必要がない。ま
た、第１の金属板２とリード端子３６とが、交差する部
分で異なる面に配置されているので、リード端子３６を
ロ字状に形成することができる。これにより、リード端
子３６とシリコン素子４との接触面積がさらに増加し、
接触抵抗を低減することができる。

【００６０】＝＝第３の実施の形態＝＝図２１，図２２に示す第３の実施の形態においては、ベ
ース部品１はプリント配線板であり、固定電極としての
第１の金属板２はプリント配線板１に印刷された金属膜
である。プリント配線板１の第１の金属膜２の上にシリ
コン素子４を載せて、これを上から板バネ製の第２の金
属板３で抑え付けて固定している。そして、第１の金属
板３自身は、その端部をプリント配線板１の金属膜（配
線パターン）にはんだ付けすることで固定されている。

【００６１】第２の金属板３は、略門型状となってお
り、その天井面の開放側両端が上方に折れ曲がってお
り、スムーズなシリコン素子４の挿入を許容している。
そして、図２２（ａ）に示すように、一方の開放側端か
ら、シリコン素子４を第２の金属板３内に挿入させるこ
とにより、同図（ｂ）に示すように、第２の金属板３と
第１の金属板２との間に挿入固定されることになる。

【００６２】他の実施の形態と同様に、固定電極として
の第１の金属膜２と、可動電極としてのシリコン素子４
とは絶縁されており、抑え部品としての第２の金属板３
とシリコン素子４とは導通している。固定電極としての
第２の金属膜２と可動電極としてのシリコン素子４との
間の静電容量がセンサ出力である。もちろん言うまでも
なく、このプリント配線板１にはセンサだけでなく、各
種の回路を構成する電子部品５０もいっしょに実装でき
る。

【００６３】＝＝第４の実施の形態＝＝図２３に示す第４の実施の形態では、ベース部品１と抑
え部品３とが樹脂により一体的に成形されている。その
樹脂成形体のベース部品１と抑え部品３との間の間隙部
分にシリコン素子４を圧入して固定している（同図
（ａ）参照）。

【００６４】また、この成形体（ベース部品１と抑え部
品３）の所要部分の表面を金属化してあり、同図（ｂ）
中ハッチングで示すように、シリコン素子４のダイアフ
ラム（可動電極）と対向する固定電極Ｘと、その固定電
極および可動電極につながるリード端子の配線パターン
Ｙ，Ｚが一体形成されている。これは一種の立体配線基
板である。なお図２３中の符号４１はプリント配線板で
ある。

【００６５】立体配線基板タイプのもう１つの実施の形
態を図２４に示している。プリント配線板４１にベース
部品１と抑え部品３とをはんだ付けなどで固定し、その
べース部品１と抑え部品３の間にシリコン素子４を挟み
込んで固定している。図示していないが、シリコン素子
４のダイアフラム（可動電極）と対向する固定電極と、
その固定電極および可動電極につながるリード端子の配
線パターンが一体形成されている。

【００６６】＝＝第５の実施の形態＝＝図２５，図２６に示す第５の実施の形態では、第１の実
施の形態に似た構造の差動出力タイプのセンサである。
同図に示すように、樹脂成形体からなるベース部品１
と、このベース部品１に固定された第１の金属板２と、
ベース部品１に固定された前記抑え部品としての第２の
金属板３と、両金属板２，３の間に挟み込まれて固定さ
れたシリコン素子４と、ベース部品１に固定されてシリ
コン素子４の両サイドに接触している２本のリード端子
８とからなる。そして、両金属板２，３とシリコン素子
４とは絶縁されている。また、シリコン素子４は、リー
ド端子８と導通している。

【００６７】シリコン素子４のダイアフラム（可動電
極）４ａと第１の金属板（固定電極）２との間に第１の
静電容量が形成され、ダイアフラム（可動電極）４ａと
第２の金属板（固定電極）３との間に第２の静電容量が
形成されている。従って、第１の静電容量は、第１の金
属板２とリード端子８との間の容量として検知でき、ま
た第２の静電容量は、第２の金属板３とリード端子８と
の間の容量として検知できる。

【００６８】そして、圧力を受けてダイアフラムが撓
み、第１の静電容量が増えれば第２の静電容量が減り、
反対に第１の静電容量が減れば第２の静電容量が増え
る。これにより、環境変化（温湿度、経時）に対して発
生する２つの静電容量出力の同一変化分をキャンセルす
ることができ、音響変化に強いセンサが実現できる。

【００６９】第２の金属板３は、抑え部材とともに、固
定電極の機能も有している。なお、抑え部材に機能は、
第２の金属板３に持たせるのではなく、リード端子８，
９に持たせても良い。

【００７０】＝＝振動・加速度センサの実施の形態＝＝図２７は、振動や加速度に感応するセンサである。図示
した例の基本構造は、図２３の圧力センサの実施の形態
に似ており、立体配線基板タイプのベース部品１と抑え
部品３の間にシリコン素子４を挟み込んで固定してい
る。

【００７１】このシリコン素子４は、枠部４ｂの内側に
梁部４ｆを介しておもり４ｇを片持ち支持状に配設した
ものである。このおもり４ｇが、前述のダイアフラムに
相当する可動電極であり、振動や加速度を受けて変位す
る。図示は省略しているが、可動電極としてのおもり４
ｇと対向する固定電極と、これら可動電極および固定電
極につながる配線パターンが立体配線基板であるベース
部品１と抑え部品３の要所に形成されている（要所の表
面を金属化している）。

【００７２】また、具体的な図示は省略するが、この加
速度センサにおいても、上記した各実施の形態及び変形
例で示したものと同様の各種の構造を採ることができる
のはもちろんである。

【００７３】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
物理量センサでは、ガラス基板は使わない。したがっ
て、ガラスとシリコンの接合工程も必要ないし、ダイボ
ンドやワイヤボンドも行わないので、ガラス基板の加工
のために製造工程が複雑化するという問題を解消でき
る。また、半導体素子とガラス基板の接合時の残留応力
や熱膨張係数の差異による熱応力の影響でセンサの精度
や安定性が低下するという問題も解消し、ガラス基板の
微細加工が難しいためにセンサの超小型化が困難である
という問題も解消する。つまり、本発明によれば、超小
型で高精度な静電容量型センサを安価に量産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の圧力センサの構成
図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の圧力センサの組立
を説明する図である。

【図３】第１の実施の形態におけるシリコン素子４の製
造工程図である。

【図４】第１の実施の形態におけるシリコン素子４の他
の例の製造工程図である。

【図５】第１の実施の形態の変形例（１）の構成図であ
る。

【図６】第１の実施の形態の変形例（２）の構成図であ
る。

【図７】第１の実施の形態の変形例（３）の構成図であ
る。

【図８】第１の実施の形態の変形例（４）の構成図であ
る。

【図９】第１の実施の形態の変形例（５）の構成図の平
面図である。

【図１０】（ａ）は図９中のＡ−Ａ線矢視断面図であ
る。（ｂ）は図９中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図１１】図９の実施の形態の製造工程図の一部であ
る。

【図１２】図９の実施の形態の製造工程図の一部であ
る。

【図１３】図９の実施の形態の製造工程図の一部であ
る。

【図１４】第１の実施の形態の変形例（６）の構成図
で、その組立て工程を示す図である。

【図１５】第１の実施の形態の変形例（６）の構成図で
ある。

【図１６】（ａ）は第２の実施の形態の平面図である。
（ｂ）は、シリコン素子４及び抑え部材３５を除いた状
態を示す平面図である。

【図１７】図１６に示すセンサの断面図である。

【図１８】（ａ）は図１７中のＡ−Ａ線矢視断面図であ
る。（ｂ）は図１７中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図１９】絶縁構造の他の例を示すの図１７中のＢ−Ｂ
線矢視断面図である。

【図２０】第２の実施の形態の変形例の構成図である。

【図２１】第３の実施の形態の構成図である。

【図２２】第３の実施の形態のシリコン素子の装着工程
を示す図である。

【図２３】（ａ）は第４の実施の形態の構成図である。
（ｂ）は同実装状態を示す図である。

【図２４】第４の実施の形態の変形例の構成図である。

【図２５】第５の実施の形態の構成図である。

【図２６】（ａ）は図２５中のＡ−Ａ線矢視断面図であ
る。（ｂ）は図２５中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図２７】第６の実施の形態である振動・加速度センサ
の構成図である。

【符号の説明】

１ベース部品１ｅ鉤部２第１の金属板（固定電極）３抑え部品としての第２の金属板４シリコン素子４ａダイアフラム４ｂ枠部４ｇおもり３５抑え部品３６リード端子

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【手続補正書】

【提出日】平成８年８月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１１】図９の実施の形態の製造工程図の一部であ
る。

【図１２】図９の実施の形態の製造工程図の一部であ
る。

【図１３】図９の実施の形態の製造工程図の一部であ
る。

【図１７】図１６に示すセンサの断面図である。

【図１８】図１７中のＡ−Ａ線矢視断面図と図１７中の
Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。

【図２０】第２の実施の形態の変形例の構成図である。

【図２１】第３の実施の形態の構成図である。

【図２４】第４の実施の形態の変形例の構成図である。

【図２５】第５の実施の形態の構成図である。

【符号の説明】１ベース部品１ｅ鉤部２第１の金属板（固定電極）３抑え部品としての第２の金属板４シリコン素子４ａダイアフラム４ｂ枠部４ｇおもり３５抑え部品３６リード端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の各要件（１）〜（３）を備えた静電
容量型物理量センサ。（１）半導体素子と、金属板と、抑え部品と、ベース部
品とからなる。（２）前記金属板と前記抑え部品とが前記ベース部品に
固定されており、両者の間に前記半導体素子が挟み込ま
れて固定されている。（３）前記半導体素子には、所定の物理量に応答して変
位する感応部分が形成されており、その感応部分と前記
金属板との間の微小間隙が前記変位によって変化し、そ
の変化により前記金属板と前記半導体素子との間の静電
容量が変化し、その静電容量がセンサ出力となる。
【請求項２】請求項１において、前記ベース部品は樹
脂成形体であり、前記金属板はインサート成形により前
記ベース部品と一体化されていることを特徴とする静電
容量型物理量センサ。
【請求項３】請求項１において、前記ベース部品は樹
脂成形体であり、前記金属板と前記抑え部品とはインサ
ート成形により前記ベース部品と一体化されていること
を特徴とする静電容量型物理量センサ。
【請求項４】請求項１において、前記抑え部品は板バ
ネであることを特徴とする静電容量型物理量センサ。
【請求項５】請求項１において、前記半導体素子と前
記金属板とは絶縁されており、前記抑え部品は金属製で
前記半導体素子と導通しており、前記金属板と前記抑え
部品が前記静電容量出力を取り出すリード端子も兼ねて
いることを特徴とする静電容量型物理量センサ。
【請求項６】請求項１において、前記半導体素子と前
記金属板とは絶縁されており、前記半導体素子に導通し
た別の金属板があり、その２つの金属板が前記静電容量
出力を取り出すリード端子も兼ねていることを特徴とす
る静電容量型物理量センサ。
【請求項７】請求項１において、前記ベース部品はプ
リント配線板であり、前記金属板はそのプリント配線板
に印刷形成された金属膜であることを特徴とする静電容
量型物理量センサ。
【請求項８】請求項１において、前記ベース部品と前
記抑え部品とが一体的に成形されており、その成形体の
所要部分の表面を金属化して前記金属板としたことを特
徴とする静電容量型物理量センサ。