JPH10332511A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い周波数で変化する圧力の計測あるいは、
短時間で変化する圧力応答の計測を可能とする信頼性の
高い静電容量型圧力センサを提供すること 【解決手段】 シリコン基板１の上にガラス基板２が陽
極接合されている。このシリコン基板１の中央部は、上
下両側からそれぞれ所定量ずつ除去されて薄肉のダイア
フラム３が形成されており、両基板間に第１の室４が形
成されている。ガラス基板２のダイアフラムに対応する
表面には、固定電極５が形成されている。ここで、ガラ
ス基板は、ダイアフラムの中心位置に対向する領域がエ
ッチングされ、第２の室１０が形成されている。する
と、ダイアフラムが変形すると、ダイアフラム付近の空
気は第２室内にすぐに移動することができるので、ダイ
アフラムは素早く変形することができる。よって、高い
周波数で変化する圧力の計測あるいは、短時間で変化す
る圧力応答の計測を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型圧力セ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５〜図７はそれぞれ従来の静電容量型
圧力センサの例を示している。図５は絶対的な圧力を計
測するための静電容量型圧力センサ（絶対圧センサ）の
一例を示している。同図に示すように、静電容量型圧力
センサはシリコン基板１とガラス基板２とを陽極接合し
て一体化することにより構成される。シリコン基板１に
は、その中央を両面からエッチングを行い所定量だけ除
去することにより薄肉のダイアフラム３が形成される。
これにより、ダイアフラム３の上面とガラス基板２との
間に、全面にわたってほぼ均一な厚さからなるギャップ
が形成される。このギャップ部分が、密閉された室４内
となり、ギャップ間距離がダイアフラム３の最大変位可
能距離となる。なお、実際には、ダイアフラム３が変位
した際に、対向するガラス基板２の表面に接触するのは
好ましくないため、最大変位したときでも、ダイアフラ
ム３とガラス基板２との間には一定の間隙が確保される
ような範囲で使用される。さらに、ダイアフラム３に対
向するガラス基板２の表面には、固定電極５が蒸着等し
て形成される。この固定電極５に対向するダイアフラム
３の上面が可動電極６となり、両電極５，６間の距離に
応じた静電容量が発生する。

【０００３】図６，図７は相対的な圧力を測定するため
の静電容量型圧力センサ（差圧センサ）の一例を示して
いる。係る差圧センサは図５に示す絶対圧センサとほぼ
同じ構造であるので、同一符号を用いて、詳しい説明は
省略する。図６に示す差圧センサでは、シリコン基板１
のガラス基板２との接合面に導圧溝１ａが形成されてお
り、室４内とセンサ外部とがつながるようにしている。
また、図７に示す差圧センサでは、ガラス基板２の表面
に導圧孔２ａが形成されており、室４内とセンサ外部と
がつながるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した構
造の静電容量型圧力センサでは、ダイアフラム３と固定
電極５の間に形成された室４の厚み（ギャップ間距離）
は数ミクロンであるので、圧力測定でダイアフラム３が
変位するときに、空気に粘性が生じたり、空気のダンピ
ング効果が生じる。この空気の粘性や、ダンピング効果
がダイアフラム３の変位に大きな影響を与えるので、ダ
イアフラム３が、圧力に応じた形状に完全に変形される
までに、長い時間がかかってしまう。特に図５に示すよ
うな絶対圧センサでは、室４内は密閉されているので、
空気はより移動しづらくなり、ダイアフラム３の変形が
完全に行われるまでに必要な時間はさらに長くなる。

【０００５】すると、高い周波数で変化する圧力の計測
を行う場合や、短時間で変化する圧力応答の計測を行う
場合に、ダイアフラム３の変形が追い付けないので、正
確な圧力や圧力応答の計測が困難になってしまう。

【０００６】そこで、図５に示すような従来の絶対圧セ
ンサでは、室４を真空状態にして、空気の粘性や空気の
ダンピング効果の影響をダイアフラム３に与えないよう
にしている。しかし、室４内を真空にするためには、減
圧された空間内等の特殊な環境で、センサの組み立て作
業を行う必要があるので、係る部屋内を減圧する等の作
業が必要となり、煩雑である。

【０００７】一方、図７に示す差圧センサでは、導圧孔
２ａによって、外部と室４内とがつながっており、しか
も、導圧孔２ａは、ダイアフラム３が最も大きく変位す
る部位に対向しているので、ダイアフラム３が変位した
場合には、それにつれて移動しようとする空気等が導圧
孔２ａを介して流出入できるため、上記したダンピング
効果の影響は少なくなり、応答性がよくなる。その結
果、高い周波数で圧力が変化したり、短時間で圧力が変
化するものに対しても、高精度の圧力測定が可能とな
る。

【０００８】しかし、導圧孔２ａを介してセンサ外部と
センサ内部（室４）とが接続しているので、導圧孔２ａ
を介してセンサ外部の粉塵等の異物が室４内に侵入する
おそれがある。そして、その侵入した異物の大きさが、
ダイアフラム３が最大変位した際のガラス基板２（固定
電極５）との間隙の距離よりも大きい場合には、ダイア
フラム３が固定電極５方向に変位する際に、ダイアフラ
ム３が室４内に侵入した粉塵と接触して変位が妨げられ
てしまう事態が発生する。すると、可動電極６と固定電
極５間の距離は圧力に対応したものでなくなり、両電極
間に発生する静電容量が、正確な測定圧力と対応しなく
なってしまうおそれがある。よって、圧力センサの特性
を著しく劣化させてしまう。

【０００９】特に、センサの小型化・薄型を図るにつれ
て、ギャップ間距離も短くなるため、上記したダンパリ
ングの影響並びに侵入した異物による測定精度の低下等
の問題はより顕著となる。

【００１０】また、図６に示す差圧センサでは、導圧溝
１ａを介してセンサ内外が導通されているので、図５に
示すセンサに比べると空気は移動しやすい。しかし、通
常導圧溝１ａの開口部の面積は狭く、上記した問題点で
指摘したような高い周波数で圧力が変動したり、短時間
で圧力が変化するような場合には、その圧力変化に追従
して導圧溝１ａから空気が流出入することはできず、室
４内で空気が略密閉されたような状態となる。よって、
図５に示すセンサと同様にダンピング効果の影響を受
け、圧力が急激に変化するものに対しては、高精度な圧
力測定ができなくなる。

【００１１】なお、導圧溝１ａの断面積を広くすると、
図７と同様に、粉塵・塵埃等の異物が侵入し、それによ
る測定精度の低下を招くおそれがあるというあらたな問
題を生ずる。

【００１２】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、上記した問題点を解
決し、高い周波数で変化する圧力の計測あるいは、短時
間で変化する圧力応答の計測を可能とし、さらに、粉塵
等の異物がセンサ内部に侵入を防ぐことによって信頼性
が高くなる静電容量型圧力センサを提供することにあ
る。

【００１３】

【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、本発明に係る静電容量型圧力センサでは、ダイア
フラムを有する半導体基板と、固定基板とを接合一体化
し、前記ダイアフラムの固定基板側を可動電極にすると
ともに、その可動電極に対向する前記固定基板の表面に
固定電極を設け、前記両電極間には、所定のギャップを
おいた第１の室を設け、外部から与えられる力に応じて
前記ダイアフラムが変位し、両電極間に発生する静電容
量の変化に基づく信号を出力する静電容量型圧力センサ
であって、前記固定基板または前記半導体基板の少なく
とも一方の表面に、前記第１の室に接続される第２の室
を設けた（請求項１）。

【００１４】請求項１に記載するように、第１の室に接
続する第２の室を形成することにより、ダイアフラムが
固定電極側に近付くように変位すると、ダイアフラム
（可動電極）と固定電極間の空気が圧縮等されようとす
るが、係る空気は第２の室に逃げ込むことができる。よ
って、ダイアフラムにかかる空気の粘性やダンピング効
果の影響が小さくなるので、短時間でダイアフラムが圧
力に応じた形状に完全に変形される。その結果、測定さ
れる圧力が高い周波数で変化している場合であっても、
正確な静電容量が検出され、正確な圧力を測定すること
ができる。

【００１５】ここで、前記第２の室は、前記第１の室と
接続する位置に形成されていればよいので、例えば、前
記ダイアフラムの中央部位に対向する前記固定基板の表
面上に形成した凹部から形成したり（請求項２）、前記
固定電極の周囲に位置する前記固定基板と前記半導体基
板の少なくとも一方に形成した溝から形成したりするこ
とができる（請求項３）。そして前者が第１の実施の形
態における第２の室１０や第２の実施の形態における第
１の窪み２２に対応する。また、後者は、第２の実施の
形態における第２の窪み２３や、第４の実施の形態にお
ける第２の室３１（ともに固定基板に設けた例）並びに
第３の実施の形態における第２の室３０（半導体基板に
設けた例）に対応する。さらに、第２の実施の形態のよ
うに、中央と周囲の両方とも形成してもよく、その場合
にはそれらを空間的に接続するとより好ましい。

【００１６】そして、ダイアフラムは、周囲が半導体基
板により抑えられているので、中心に近付くほど変位が
大きくなる。そのため、第１の室内に存在する空気のう
ちダイアフラムの中央に対向する領域に存在する空気は
最もダイアフラムの変位による圧力を受けることにな
る。よって、請求項２に記載するように、ダイアフラム
の中央に対向する位置に第２の室を形成することによ
り、ダイアフラムが固定電極方向に変位すると、ダイア
フラムの中心位置に存在する空気は第２の室にすぐに移
動する。よって、ダイアフラムにかかる空気の粘性や空
気のダンピング効果の影響がより小さくなる。

【００１７】一方、固定電極の周囲に第２の室を形成す
る場合には、電極面積をさほど小さくすることなく第２
の室の容量を大きくすることができる。従って、ダイア
フラムの変位に伴い移動する第１の室内の空気を確実に
収容することができるため、やはり、ダイアフラムにか
かる空気の粘性や空気のダンピング効果の影響がより小
さくなる。特にダイアフラムの中央に対向する部分のギ
ャップ間距離の変位量が最も大きいため、その部分に固
定電極を配置することにより検出精度・感度が上がる。

【００１８】好ましくは、前記第２の室の深さを前記第
１の室の深さよりも深くすることである（請求項４）。
このようにすると、第２の室へ移動することのできる空
気の量は増加するので、請求項１に記載の静電容量型圧
力センサよりも、ダイアフラムが空気の粘性や空気のダ
ンピングの影響を受けることがなくなる。

【００１９】さらに、前記半導体基板と前記固定基板の
少なくとも一方に、センサ外部と空間的に導通した圧力
導入通路（実施の形態では、「導圧溝１ａ，２１，導圧
孔２０」等に対応）を形成し、前記圧力導入通路の少な
くとも一部を、前記第１の室のギャップ間距離よりも狭
くしてもよい（請求項５）。これは、実施の形態では、
堰１１，２５を設けることにより実現している。

【００２０】すなわち、相対的な圧力を検出するタイプ
の差圧センサでは、センサ内外を空間的に接続する圧力
導入通路を備えている。そこで、その圧力導入通路に請
求項５に記載するように、ダイアフラムと固定電極間で
ある第１の室に通じる通路の少なくとも一部を第１の室
よりも狭くすることにより、第１の室内に侵入しようと
した異物は、その狭くなった部分で捕獲される。従っ
て、第１の室内に侵入できる異物は上記狭くした隙間を
通過できる小さなものとなるので、少なくとも圧力がか
かっていないときに異物がダイアフラムに接触し、ダイ
アフラムが変形されなくなることはない。そして、その
狭くする間隔であるが、使用圧力範囲内での最小ギャッ
プよりも狭くするのが好ましい。係る距離に設定する
と、たとえ第１の室内に粉塵が侵入してきたとしても、
係る粉塵は可動電極が固定電極に最も近付いた場合の距
離よりも小さいものであるので、可動電極（ダイアフラ
ム）と粉塵とが接触して、ダイアフラムの変形を妨げる
ことはない。

【００２１】また、このタイプのセンサでは、上記した
ように第１の室がセンサ外部に開放されているので、第
２の室も外部に開放される。よって、ダイアフラムが変
形して第２の室に移動した空気の一部をセンサ外部に放
出できる。特に第２の室を直接的に前記圧力導入通路な
どに接続すると、その効果はより高くなる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る静電容量型圧
力センサの第１の実施の形態を示している。本実施の形
態では、差圧式の圧力センサに適用した例を示してお
り、図６に示す従来例を基本構造とした改良である。

【００２３】同図に示すように、本形態では、シリコン
基板１の上にガラス基板２を陽極接合により一体化して
いる。なお、ハーフダイスなどして最終製品ではシリコ
ン基板１の長さをガラス基板２よりも長くし、シリコン
基板１の表面の一部が外部に露出するようにしている。
そして、当該露出部分を含む領域に絶縁膜７を形成する
（一部未形成領域も有する）とともに、所定のメタルを
蒸着させることによりその絶縁膜７の上面所定位置及び
未形成領域にそれぞれ電極取り出し用のワイヤパッド８
を形成している（絶縁膜７の未形成領域に形成されたワ
イヤパッド８は図示省略する）。

【００２４】このシリコン基板１の中央部は、上下両側
からそれぞれ所定量ずつ除去されて薄肉のダイアフラム
３が形成されている。そして、ガラス基板２側（図中で
は上側）は比較的底浅の凹部となり、反対側は比較的深
い凹部としている。よって、シリコン基板１とガラス基
板２が接合すると、両基板１，２間にギャップ間距離の
狭い第１の室４が形成される。そして、ダイアフラム３
のガラス基板２側の面が可動電極６となる。また、これ
に対応するガラス基板２の表面には、クロム等を蒸着あ
るいはスパッタリングして固定電極５が形成される。

【００２５】なお、この固定電極５の形成と同時に、こ
の固定電極５とワイヤパッド８を接続するための引出線
９も形成する。そして、引出線９に対向するシリコン基
板１の表面には、導圧溝１ａを設け、シリコン基板と引
出線９が接触して短絡するのを防止するとともに、第１
の室４をセンサ外部と接続している。なお、導圧溝１ａ
の幅は、引出線９の幅よりももちろん広く設定してい
る。そして、本形態における静電容量型圧力センサで
は、ダイアフラム３の外側（図中下側）から測定対象の
圧力が加わるようにしている。

【００２６】ここで、本形態では第１の室４の中心、す
なわちダイアフラム３の中心位置に対向するガラス基板
２の表面に凹部を設けることにより、第２の室１０を形
成している。この第２の室１０は、第１の室４と連続し
ている。そして、その深さは、第１の室４のギャップ間
距離に比べ、十分に深くしている。なお、この第２の室
１０を形成するには、ガラス基板２の表面をフッ酸を用
いたエッチング等により形成できる。また、このように
第２の室１０を設けたため、固定電極５は、その第２の
室１０の周囲を囲むようにしたリング状となっている。

【００２７】さらに、本形態では、導圧溝１ａの所定位
置に堰１１が形成されている。係る堰１１の上端部とガ
ラス基板２との距離ｔは、使用圧力範囲内で最も小さく
なるギャップ間距離（固定電極５と可動電極６間の距
離）よりも狭くなるようにしている。なお、この堰１１
は、酸化膜により形成できる。

【００２８】上記した構造の静電容量型圧力センサの動
作を説明する。測定対象の圧力が大気圧よりも高い場
合、ダイアフラム３は固定電極５側に凸となるように変
形する。このとき、可動電極６の付近に存在する空気
は、ガラス基板２方向に移動されるが、ガラス基板２に
第２の室１０が形成されているので、係る空気は第２の
室１０内に移動することができ、ダイアフラム３は、可
動電極６の付近の空気の粘性や空気のダンピング効果の
影響をあまり受けなくなる。よって、ダイアフラム３の
変形は素早く行われる。

【００２９】また、本形態では第２の室１０は第１の室
４の厚みよりも十分に深く形成されているので、第２の
室１０の容積が大きくなる。よって、第２の室１０は、
ダイアフラム３の変形により移動された空気を多量に蓄
えることが可能なので、ダイアフラム３の変形をより素
早く行うことができる。

【００３０】上記したように、本形態における静電容量
型圧力センサでは、測定圧力の変化に対応して、ダイア
フラム３が素早く変形することができるので、短時間で
変化する圧力応答の計測を正確に行うことができる。

【００３１】また、本形態で用いた静電容量型圧力セン
サは差圧センサなので、導圧溝１ａを通ってセンサ外部
からセンサ内部（第１の室４内）に粉塵等の異物が侵入
しようとする。しかし、その異物の大部分は堰１１で捕
獲され、内部に侵入されない。また、堰１１とガラス基
板２との間隔ｔよりも小さい粉塵は、係る堰１１とガラ
ス基板２間の間隙を通ってセンサ内部に侵入してしまう
おそれがある。しかし、係る間隙を通過する小さな粉塵
は、使用圧力範囲内でギャップが最も狭くなった場合の
両電極間距離よりもさらに小さいため、仮に係る小さな
粉塵等がセンサ内部に侵入したとしても、ダイアフラム
３の変形が妨げられない。よって、差圧センサであって
も異物の侵入の心配をする必要がなく、正確な圧力の計
測を行うことができる。

【００３２】図２は本発明に係る静電容量型圧力センサ
の第２の実施の形態を示している。同図（Ａ）は、第２
の実施の形態における静電容量型圧力センサの構造を分
かり易くするために、一点鎖線より上側半分のシリコン
基板を取り除いた状態で示している。本形態では、固定
電極が形成される固定基板もシリコン基板を用いて形成
している。すなわち、同図に示すように、固定基板とし
ての第１のシリコン基板１５の表面の周囲に所定の厚さ
からなる絶縁膜１６を形成している。その絶縁膜１６の
表面は研磨されて平坦化されており、係る絶縁膜１６の
上面に、薄肉の第２のシリコン基板１７が接合されてい
る。これにより、第１シリコン基板１５と第２のシリコ
ン基板１７とは、絶縁状態を保ちつつ一定のギャップを
隔てて対向配置されることになり、その対向する空間が
第１の室４となる。

【００３３】そして、第２のシリコン基板１７は、薄肉
に形成されているので、容易に撓むことができ、ダイア
フラムを構成する。よって、第２のシリコン基板１７の
第１の室４に対向する面が可動電極１８となり、また、
第１のシリコン基板１５の第１の室４に対向する面が固
定電極１９となる。さらに、第１のシリコン基板１５に
は、第１の室４の領域外に上下に貫通する導圧孔２０が
形成されるとともに、第１のシリコン基板１５の表面に
は、導圧孔２０と第１の室４とを連通するような凹溝か
らなる導圧溝２１が形成される。これにより、第１の室
４は、導圧溝２１と導圧孔２０を介して、センサ外部に
開放される。

【００３４】また、第２のシリコン基板１７は一部が削
除されており、シリコン基板１５の絶縁膜１６の未形成
領域（角部分の一つ）が露出されている。係るシリコン
基板１５の露出部分と、シリコン基板１７の上面の所定
位置にワイヤパッド８が形成されている。各ワイヤパッ
ド８と各電極１８，１９とは、シリコン基板１５，１７
を介して導通される。

【００３５】ここで本形態では、第１の実施の形態と同
様に、第１のシリコン基板１５の表面中央部を凹状に除
去して第１の窪み２２を形成している。また、固定電極
１９の周囲には、環状の凹溝からなる第２の窪み２３が
形成されている。そして各窪み２２，２３は、とも日本
発明でいう第２の室を構成する。さらに、それら第１，
第２の窪み２２，２３は、連絡通路２４により接続され
ている。そして、それら第１，第２の窪み２２，２３並
びに連絡通路２４は、第２のシリコン基板１５の片面を
パターニングしてエッチングすることにより、同時に形
成できる。そして、本形態では一度に製造することか
ら、各部の深さは等しくなっている。もちろん、その深
さは、第１の室４のギャップ間距離に比べると十分に深
くなるように設定している。さらに第２の窪み２３は、
上記導圧溝２１ひいては導圧孔２０と直接的に連通して
いる。

【００３６】また、本形態においても、導圧溝２１の所
定位置には堰２５が形成されている。この堰２５は、第
１の実施の形態における堰１１と同様に、堰２５の周囲
に形成される間隙の距離が、使用圧力範囲内での最小ギ
ャップ距離よりも短くなるように設定してある。そし
て、この堰２５の作用効果は、第１の実施の形態と同様
である。

【００３７】上記した構造の静電容量型圧力センサの動
作を説明する。例えば、第２のシリコン基板（ダイアフ
ラム）１７が、固定電極１９側に凸となるように変形し
た場合には、第１の室４内の空気は圧縮されるが、第１
の実施の形態と同様に第１の窪み２２があるので、可動
電極１８付近に存在する空気は、第１の窪み２２側に移
動するため、ダンピング効果の影響が少なく、応答性が
良好となる。しかも本形態では、固定電極１９の周囲を
囲むようにして第２の窪み２３を設けているので、その
第２の窪み２３にも可動電極１８付近に存在する空気が
移動する。さらに、第１，第２の窪み２２，２３は接続
通路２４を介してつながっているので、例えば仮に第１
の窪み２２内に流れ込もうとする空気の量の方が大きく
オーバーフローしそうな場合であっても、係る第１の窪
み２２内に流れ込んだ空気は第２の窪み２３側に流すこ
とができる（その逆もあり得る）ので、ダイアフラムの
変形に追従して空気をスムーズに移動させることができ
る。しかも、両室２２，２３は導圧孔２０を介してセン
サ外部と接続されているので、各室２２，２３内の空気
の一部は、導圧孔２０を介して外部に放出できる。よっ
て、一つの窪みから第２の室が形成されている静電容量
型圧力センサよりも、さらに高い周波数で変化する圧力
の計測あるいは、短時間で変化する圧力応答の計測を正
確に行う測定をすることができる。

【００３８】なお、第１，第２の窪み２２，２３を相互
に独立にして形成した場合であっても、各室２２，２３
がそれぞれ移動してくる空気を受け入れるため、第１の
実施の形態のものに比べると、良好なものとなる。換言
すると、接続通路２４は、固定電極の中央と周囲の両側
に室を設けた構造のセンサにおける必須の構成ではな
い。

【００３９】また、本形態では、エッチングを行いやす
いシリコン基板に第１，第２の窪み２２，２３並びに接
続通路２４を形成しているので、第１の形態におけるガ
ラス基板よりも形成しやすい。

【００４０】上記した各実施の形態においては、第２の
室は固定電極が形成されている基板に形成しているが、
本発明に係る静電容量型圧力センサでは、可動電極が形
成された基板に第２の室を形成してもよく、係る一形態
を第３の実施の形態で説明する。

【００４１】図３は本発明に係る静電容量型圧力センサ
の第３の実施の形態を示している。本実施の形態では、
図５に示す従来例と同様に第１の室４を密閉した絶対圧
力を測定するタイプのセンサに適用した例について示し
ているが、このようにダイアフラム（可動電極）を形成
したシリコン基板側に第２の室を設けるという構成は、
上記した差圧式のものにももちろん適用できる。

【００４２】同図に示すように、本形態における静電容
量型圧力センサでは、シリコン基板１とガラス基板２と
が接合されている。そして、通常のセンサと同様に、シ
リコン基板１の上下両面の中央部がそれぞれエッチング
されてダイアフラム３が形成されている。また、両基板
１，２はその周囲の全面で接合されているので、第１の
室４は、密閉される。そして、その第１の室４に対向す
るガラス基板２の表面には固定電極５が形成され、ダイ
アフラム３の表面には可動電極６が形成される。係る構
成は、図５に示す従来のものと同様である。

【００４３】ここで本形態では、ダイアフラム３の周囲
に、断面が略Ｖ字形状の窪みとなるように第２の室３０
が形成されている。第２の室３０の平面形状は、ダイア
フラム３の周囲を囲むようにした環状となっている。そ
して、第２の室３０と第１の室４とは、環状の突起１ｂ
により仕切られている。そして、その突起１ｂの所定位
置に両室４，３０を接続する通路１ｃを設けている。こ
の通路１ｃは、突起１ｂの高さを部分的に低くすること
により形成される。もちろん通路１ｃは、図示のように
突起１ｂの上端の一部を除去するものでもよく、完全に
突起１ｂをなくしたものでもよい。また、通路１ｃ以外
の部分では、突起１ｂの上端は、ガラス基板２に接触
し、上記したように両第１，第２の室４，３０を仕切る
役割を発揮している。

【００４４】本形態でも、ダイアフラム３の変形に追従
して、第１の室４内の空気は第２の室３０内にすぐに移
動することができるので、ダイアフラム３は、圧力に応
じた形状に素早く変化される。よって、高い周波数で変
化する圧力の計測あるいは、短時間で変化する圧力応答
の計測を正確に行うことができる。

【００４５】図４は、本発明に係る静電容量型圧力セン
サの第４の実施の形態を示している。同図においても図
２と同様に、一点鎖線より上側半分を、ガラス基板を取
り除いた状態で示している。同図に示すように、本形態
では、従来のセンサと同様に、ダイアフラム３付きのシ
リコン基板１と、固定電極５付きのガラス基板２とを接
合して形成している。ここで本形態では、まず、ガラス
基板２上の固定電極５の周囲に、凹溝からなる第２の室
３１を形成している。さらに、ダイアフラム３の固定電
極５に対向する面に複数のガイド溝３２を形成してい
る。このガイド溝３２は、一端がダイアフラム３の中心
に位置し、他端がダイアフラム３の周縁付近、好ましく
は第２の室３１に対向する位置するように放射状に形成
されている。

【００４６】本実施の形態では、例えばダイアフラム３
が固定電極５側に近付くように変形した場合には、その
中央部のギャップ間距離が最も小さくなるが、その変形
の際にダイアフラム３の付近に存在する空気は、ガイド
溝３２に案内されてダイアフラム３すなわち第１の室内
の周囲に移動する。そして、係る周囲はダイアフラムの
変形量が少ないかほとんどない空間であるので、中央部
分よりは空気の保有許容量がある。しかも、その周囲に
は、第２の室３１が存在している。そこで、上記のよう
にダイアフラム３の変形時に中央部分に位置し、ダンピ
ング効果の影響を発揮する空気を、スムーズに周囲の第
２の室３１に移動することにより、係る効果の影響を可
及的に抑制することができる。

【００４７】なお、このようにガイド溝３２を設けたも
のは、上記のように固定電極の周囲に第２の室を設けた
ものに限らず、固定電極５の中央に第２の室を形成した
り、両方に形成したりするものに適用できる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
圧力センサでは、シリコン基板，固定基板の少なくとも
一方に、第１の室と空間的に接続された第２の室を形成
することにより、ダイアフラムの変形により圧縮された
空気は第２の室内に移動できる。その結果、空気の粘性
や空気のダンピング効果に影響されることなくダイアフ
ラムが圧力に応じた形状に素早く変形することができ
る。よって、高い周波数で変化する圧力の計測や、短時
間で変化する圧力応答の計測を正確に行うことができ
る。

【００４９】また、第１の室を圧力導入通路を介してセ
ンサ外部に開放したタイプのセンサでは、その圧力導入
通路の少なくとも一部を狭くすることにより、第１の室
内への異物の侵入を抑制でき、異物によるダイアフラム
の変化が阻害されることを可及的に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係る静電容量型圧力センサの
第１の実施の形態を説明するための図である。（Ｂ）は
導圧溝を及びその周囲を開口側より見た図である。

【図２】（Ａ）は本発明に係る静電容量型圧力センサの
第２の実施の形態を説明するための図である。（Ｂ）は
そのＢ−Ｂ断面図である。

【図３】本発明に係る静電容量型圧力センサの第３の実
施の形態を説明するための図である。

【図４】本発明に係る静電容量型圧力センサの第４の実
施の形態を説明するための図である。

【図５】従来の静電容量型圧力センサである絶対圧セン
サの一例を示す図である。

【図６】従来の静電容量型圧力センサである差圧センサ
の一例を示す図である。

【図７】従来の静電容量型圧力センサである差圧センサ
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板（半導体基板） １ａ 導圧溝（圧力導入通路） ２ ガラス基板（固定基板） ３ ダイアフラム ４ 第１の室 ５ 固定電極 ６ 可動電極 １０，３０，３１ 第２の室 １１，２５ 堰 １５ 第１のシリコン基板（固定基板） １７ 第２のシリコン基板（半導体基板） １８ 可動電極 １９ 固定電極 ２０ 導圧孔（圧力導入通路） ２１ 導圧溝（圧力導入通路） ２２ 第１の窪み（第２の室） ２３ 第２の窪み（第２の室）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイアフラムを有する半導体基板と、固
   定基板とを接合一体化し、 前記ダイアフラムの固定基板側を可動電極にするととも
   に、その可動電極に対向する前記固定基板の表面に固定
   電極を設け、 前記両電極間には、所定のギャップをおいた第１の室を
   設け、 外部から与えられる力に応じて前記ダイアフラムが変位
   し、両電極間に発生する静電容量の変化に基づく信号を
   出力する静電容量型圧力センサであって、 前記固定基板または前記半導体基板の少なくとも一方の
   表面に、前記第１の室に接続される第２の室を設けるこ
   とを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記第２の室は、前記ダイアフラムの中
   央部位に対向する前記固定基板の表面上に形成した凹部
   であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型圧
   力センサ。
3. 【請求項３】 前記第２の室は、前記固定電極の周囲に
   位置する前記固定基板と前記半導体基板の少なくとも一
   方に形成した溝である特徴とする請求項１または２に記
   載の圧力センサ。
4. 【請求項４】 前記第２の室の深さは前記第１の室の深
   さよりも深いことを特徴とする請求項１に記載の静電容
   量型圧力センサ。
5. 【請求項５】 前記半導体基板と前記固定基板の少なく
   とも一方に、センサ外部と空間的に導通した圧力導入通
   路を形成し、 前記圧力導入通路の少なくとも一部を、前記第１の室の
   ギャップ間距離よりも狭くしたことを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１項に記載の静電容量型圧力センサ。