JPH11142271A - 静電容量型センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 応答速度が良好で、信頼性が高く、歩留まり
が良好となる静電容量型センサを提供すること 【解決手段】 矩形状のガラス基板１０とシリコン基板
１１とを陽極接合して一体化している。ガラス基板には
圧力導入孔１２が形成され、ガラス基板の上面には固定
電極１３が形成されている。そして、シリコン基板にエ
ッチングを行うことにより、薄肉のダイアフラム１５，
突起部１７が形成されている。そして、固定電極に対向
するダイアフラムの片面が可動電極１５ａとなる。上記
したセンサを製造する場合には、突起部が圧力導入孔を
塞いでいるので、ダイシング工程の時に粉塵がセンサ内
部に侵入することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型センサ
に関するもので、より具体的には、固定電極と変位可能
な可動電極とを備え、測定対象の物理量により可動電極
が固定電極から離れる方向に力が加わる場合にのみ、固
定電極と可動電極の静電容量の変化から物理量を測定す
るセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の静電容量型センサは、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、中央部分に薄肉のダイアフラムを形成
したシリコン基板と、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が形成されている。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
対向する。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。便宜上、可動
電極と固定電極間に生じた微小間隙（ギャップ）の空間
をキャビティと呼ぶ。

【０００３】そして、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
フラムが撓むことにより固定電極と可動電極の間隔が変
化するので、両電極間に発生する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。

【０００４】ここで、固定電極と可動電極との距離が離
れる方向にダイアフラムが移動するタイプのセンサの場
合には、定常状態における基準位置がダイアフラムと固
定電極（ガラス基板）間の最小間隔であるので、ダイア
フラムの変位量がギャップの幅に制限されないという特
徴を有している。そして、上記のように、圧力が加わる
ことによりダイアフラムが固定電極から離れるように変
位するためには、ガラス基板に貫通孔（圧力導入孔）を
設け、係る圧力導入孔を介してキャビティ内に測定圧力
を導入する必要がある。

【０００５】同じような原理で、ダイアフラムに加速度
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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の静電容量型センサでは、製造プロセス中のダイ
シング工程において粉塵が発生するので、圧力導入孔を
通して、キャビティ内に粉塵が侵入してしまうことがあ
る。また、使用中に圧力導入孔を介して開放状態のキャ
ビティ内に粉塵が侵入するおそれもある。すると、係る
粉塵が誘電体の場合には可動電極と固定電極間の静電容
量が変化してしまい、また、導電体の場合には、両電極
間を短絡してしまうおそれがある。さらには、粉塵の寸
法が大きい場合には、ダイアフラムとガラス基板の間に
挟まり、ダイアフラムの移動に制限を与えるおそれがあ
る（例えば、定常状態でもダイアフラムがもとの平坦な
状態にならなかったりする）。

【０００７】そして、製造された静電容量型センサに上
記のような特性に影響を与える粉塵が侵入したものは不
良品となり廃棄処分されるので、静電容量型センサの歩
留まりは劣化してしまう。特に静電容量型センサを小型
化するために、キャビティの間隙を小さくすると、上記
問題はより顕著となる。

【０００８】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、センサ内部への粉塵等の侵入を可及的に抑制し、
粉塵による不良品の発生をなくし、信頼性が高く、歩留
まりが良好となる静電容量型センサを提供することにあ
る。

【０００９】

【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センサでは、固定電極付
きの固定基板と、その固定基板に接合され、前記固定電
極に対向する位置にダイアフラムが設けられた半導体基
板とを有し、前記ダイアフラムの表面に可動電極を設
け、前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量によ
り物理量を検出可能とし、前記固定基板の所定位置に前
記可動電極と固定電極間の空間に開口する貫通孔が形成
された静電容量型センサを前提とする。なおこの貫通孔
は、圧力センサの場合には圧力導入孔となり、加速度セ
ンサの場合には、センサ内部の圧力を一定にするために
外部とセンサ内部を接続する役割をする。

【００１０】そして、前記ダイアフラムの前記貫通孔に
対向する位置に突起物を設け、測定対象の物理量が加わ
っていない定常状態で前記突起物と前記固定基板との距
離が微小となるか、前記突起物と前記固定基板とが接す
るように構成した（請求項１）。

【００１１】また、前記固定基板の前記貫通孔の周囲全
体に突起物を設け、前記突起物に貫通孔につながる孔部
を設け、測定対象の物理量が加わっていない定常状態
で、前記突起物と前記ダイアフラムとの距離が微小とな
るか、前記突起物と前記ダイアフラムとが接するように
構成してもよい（請求項２）。

【００１２】つまり、請求項１ではダイアフラム側に突
起物を設け、請求項２では、固定基板側に突起物を設け
ている。そして、係る突起物を設けることにより、定常
状態で貫通孔が塞がれて、粉塵等が貫通孔を介してセン
サ内部に侵入するのを可及的に抑制するようになる。

【００１３】そして、具体的な作用としては以下のよう
になる。すなわち、静電容量型センサを製造する工程の
一つであるダイシング工程を行う際に粉塵が生じる。こ
の粉塵は貫通孔を介してセンサ内部に侵入するおそれが
ある。また、使用中においても同様の現象が起こる可能
性がある。

【００１４】このとき、請求項１のセンサでは、製造中
は半導体基板に設けられたダイアフラムは力が加えられ
ていないので、ダイアフラムが撓まず、この状態では、
ダイアフラムに形成された突起物と貫通孔のセンサ内部
側の開口部との距離は、微小となっているか、接してい
るので、貫通孔に侵入した粉塵は、突起物によって静電
容量型センサ内部への粉塵の侵入が阻止される。また、
使用中であっても、物理量が加わっていない場合には、
上記と同様の原理により、センサ内部への粉塵等の侵入
を阻止できる。

【００１５】また、可動電極と固定電極との距離が離れ
る方向へ、ダイアフラムに物理的な力（圧力や加速度
等）が加えられると、その物理量が直接または間接的に
ダイアフラムに加わり、ダイアフラムは貫通孔（そのセ
ンサ内部側の開口部）から離れる方向に移動する。これ
によりダイアフラムに設けられた突起物も貫通孔から離
れる。そして物理量が圧力の場合にはさらに貫通孔の開
口部が開放されると測定対象の気体がセンサ内部に進入
し、ダイアフラムの全面に物理量（圧力）が加わり、撓
ませる。また物理量が加速度の場合には貫通孔を介して
外部から外気等が進入し、センサ内部の圧力を一定にす
る。よって加速度に応じた量だけスムーズにダイアフラ
ムが撓む。そして、撓み量に応じて可動電極と固定電極
間の距離が変位し、両電極間に発生する静電容量が変化
するので、係る静電容量に基づいて物理量が測定でき
る。

【００１６】一方、請求項２に記載のセンサでは、定常
状態では、貫通孔の開口部の周囲に連続して突起物が形
成され、その突起物の先端面とダイアフラムが近接或い
は接触しているので、貫通孔の開口部が塞がれることに
なる。よって、粉塵等が貫通孔内に侵入しても、ダイア
フラムによって、静電容量型センサ内部への粉塵の侵入
が阻止される。

【００１７】また、ダイアフラムに物理量が加わった場
合には、上記した請求項１と同様にその物理量の大きさ
に応じてダイアフラムが撓むので、両電極間の静電容量
の変化から、その物理量を計測できる。

【００１８】そして、上記した請求項１，２を基本と
し、さらに前記突起物をダイアフラムの中心位置、或い
はその中心位置に対向する部位に設けるようにするとよ
い（請求項３）。すなわち、ダイアフラムの変形で、変
位が最大となるのはダイアフラムの中心位置である。よ
って、請求項３に記載するように突起物をダイアフラム
の中心位置に設けることにより、ダイアフラムが撓む場
合には、その中央部を中心として変位する。従って、請
求項３のように構成すると、物理量がダイアフラムの中
央部位を中心に加わるので、安定してダイアフラムが変
形する。

【００１９】また好ましくは、前記突起物を導電体から
形成し、前記突起物の先端面とその対向側の少なくとも
一方に絶縁体を設けることである（請求項４）。ここ
で、絶縁体とは絶縁基板であってもよく、また、予め形
成された絶縁膜であってもよい。係る構成にすると、突
起物が固定基板と接合されたり、電極間が短絡したりす
ることがなくなる。

【００２０】また好ましくは、前記突起物を絶縁体から
形成するようにしてもよい（請求項５）。このようにす
ると、上記した陽極接合や短絡のおそれがなくなるの
で、突起部以外に絶縁体を設ける必要がなくなる。

【００２１】さらに好ましくは、請求項１（ダイアフラ
ム側に突起物を設けるタイプ）において、前記突起物
は、貫通孔側先端が開口した筒状に形成されており、そ
の筒状の内部が、前貫通孔を介して侵入してきた侵入物
を貯留可能なトラップ部とすることである（請求項
６）。そのように構成すると、仮に貫通孔を介して侵入
してきた侵入物が、トラップ部内に入り込んで捕捉され
る。従って、そのように捕捉された侵入物は、その後に
物理量が加わって突起物と固定基板との間が離れても、
センサ内部に際侵入するおそれが可及的に抑制される。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る静電容量型セ
ンサの第１の実施の形態を示している。本形態で説明す
る静電容量型センサは圧力を測定するタイプのものであ
り、センサ内部の圧力よりもセンサ外部の圧力が低い場
合に使用されるタイプのものである。同図（Ａ）に示す
ように、矩形状の固定基板たるガラス基板１０と半導体
基板たるシリコン基板１１とを陽極接合して一体化して
いる。

【００２３】ガラス基板１０には、その中心位置を貫通
させて、貫通孔たる圧力導入孔１２が形成されている。
係るガラス基板１０の接合面側には、圧力導入孔１２を
中心とした環状の固定電極１３が形成されている。

【００２４】一方、シリコン基板１１は、上下方向から
所定量のエッチングを行うことにより、凹部１４ａと凹
所１４ｂが形成されて、薄肉のダイアフラム１５が形成
されている。そして、両基板１０，１１を接合した際
に、ダイアフラム１５と固定電極１３とが対向するよう
になり、係るダイアフラム１５の固定電極１３に対向す
る面が可動電極１５ａとなる。また、凹部１４ａの開放
側は、ガラス基板１０により閉塞されるので、両電極１
３，１５ａ間の空間が圧力室（キャビティ）１６とな
る。そして、圧力導入孔１２を介して測定圧力がキャビ
ティ１６内に供給されるので、そのキャビティ１６内の
圧力に応じてダイアフラム１５が固定電極１３から離れ
る方向に撓み、その撓みに基づく変位量に応じて電極１
３，１５ａ間の静電容量が変化するようになっている。

【００２５】ここで、本形態では、ダイアフラム１５の
可動電極１５ａ側の面の中心位置に突起物１７が形成さ
れている。この突起物１７はシリコン基板１１をエッチ
ングして凹部１４ａを形成する際に、ダイアフラム１５
の中心となる位置を残してその周囲を除去するようにパ
ターニングすることにより、製造工程数を増やすことな
く形成できる。突起物１７の圧力導入孔１２と対向する
面１７ａの形状は円形に形成されており、係る面１７ａ
の径は圧力導入孔１２の径よりも大きい径としている。

【００２６】また、環状の固定電極１３の内径は、圧力
導入孔１２の径よりも大きくし、圧力導入孔１２の外周
囲に、固定電極１３の未形成領域を設けている。そし
て、この未形成領域の径は、上記した突起物１７の径よ
りも大きくしている。これにより、同図（Ａ）に示すよ
うに、突起物１７の面１７ａがガラス基板１０に接触し
ても、係る面１７ａは固定電極１３とは接触せず、絶縁
が保たれるようになっている。

【００２７】さらに本形態では、ガラス基板１０の突起
物１７が接触する位置に絶縁膜１８が形成されており、
両基板１０，１１を陽極接合する際に突起物１７がガラ
ス基板１０の表面に接合されるのを防止している。但
し、実際の突起物１７の直径は、圧力導入孔１２の径が
１０数μｍ程度よりも一回り大きい程度であり、しか
も、その大部分は圧力導入孔１２の開口部１２ａに対向
しているので、実際にガラス基板１０に接触するのは、
周縁のごくわずかな面積であるので、仮に絶縁膜１８を
設けずにガラス基板１０と接合されたとしても、その接
合力はわずかであり、例えば圧力導入孔１２側より所定
の圧力を加えることにより、容易に離反する。よって、
係る接合防止の点からいうと、絶縁膜１８は必須の構成
ではない（絶縁膜１８が設けられている方がよいのは、
いうまでもない）。

【００２８】また、絶縁膜１８には、以下に示すような
機能も有する。すなわち、固定電極１３に近づいた状態
となる突起物１７を介して、固定電極１３と可動電極１
５ａの電気的な導通を防いでいる。なお、このように絶
縁膜１８を設けることにより、ガラス基板１０の表面を
流れる電流により両電極１３，１５ａが短絡するのを防
止しているが、例えば固定電極１３の未形成領域の形成
位置を調整するなどして突起物１７と固定電極１３間で
の導通を防止できるのであれば、必ずしも絶縁膜１８を
設ける必要はない。

【００２９】上記構成による本形態における静電容量型
センサでは、ダイアフラム１５の定常状態（物理的な力
が加わっておらず、撓みが生じていない状態）では、圧
力導入孔１２の開口部１２ａ（センサ内部の開口部）を
突起物１７によって塞がれた状態となっている。ここ
で、圧力導入孔１２の開口部１２ａを突起物１７が塞い
だ状態とは、ガラス基板１０と突起物１７とが接触して
開口部１２ａを完全に閉塞する場合はもちろんのこと、
ガラス基板１０と突起物１７との間隔が侵入を排除した
い粉塵の大きさよりも狭くなっていて、開口部１２ａか
らセンサ内部に粉塵が侵入できないような状態も含む。

【００３０】そして、圧力導入孔１２を介して測定圧力
が加わると、まずその圧力が突起物１７の面１７ａに加
わり、それを図中上方に付勢する。すると、同図（Ｂ）
に示すように、その付勢力により突起物１７ひいてはダ
イアフラム１５が上方に向けての力を受けることになる
ので、ダイアフラム１５がガラス基板１０から離れる方
向に移動する。これにより、両電極１３，１５ａ間の距
離すなわち静電容量が変化するので、圧力を測定するこ
とができる。

【００３１】ところで、上記した構造の静電容量型セン
サを製造する場合、ダイシング工程を行うことにより複
数の静電容量型センサが一度に製造される。このとき、
ダイシング工程によって生じた粉塵が圧力導入孔１２の
内部に侵入しても、突起物１７が開口部１２ａを塞いで
いるので、キャビティ１６の内部に粉塵が侵入するのが
阻止される。また、使用時において定常状態にあるとき
には、やはり突起物１７により圧力導入孔１２の開口部
１２ａが塞がれているので、粉塵の侵入が阻止される。

【００３２】よって、粉塵がキャビティ１６内に侵入す
ることがなく、粉塵を原因とする固定電極１３と可動電
極１５ａの間の静電容量が変化したり、短絡したりする
ことがなく、信頼性の高い静電容量型センサを製造する
ことができる。さらに、係る粉塵の侵入のおそれがなく
なるので、固定電極１３と可動電極１５ａのギャップ間
距離を狭くすることが可能となり、感度の向上を図るば
かりでなく、薄型化を図ることもできる。また、当然の
ことながら不良品の発生率が低くなり、製品の歩留まり
は良好となる。

【００３３】また、このように突起物１７により粉塵の
侵入が阻止できることから、圧力導入孔１２の径を大き
くすることも可能となる。これにより、応答性を良好に
することができる。さらには、本形態のように圧力導入
孔１２並びに突起物１７を中心位置に設けたことによ
り、突起物１７が受けた圧力がダイアフラム１５の重心
に加わるので、ダイアフラム１５は、全体的に均等して
安定した変位が得られる。

【００３４】図２は本発明に係る静電容量型センサの第
２の実施の形態を示している。同図に示すように、本形
態では、上記した第１の実施の形態と相違して、突起物
２０をダイアフラムと一体的に形成せず、別部材からな
る突起物２０をダイアフラム１５の中心に取り付けてい
る。

【００３５】なお、突起物２０の形状としては、上記し
た第１の実施の形態における突起物１７と略同様にする
ことができ、その先端の面２０ａはシリコン基板１１の
ガラス基板１０との接合面と同じ位置である。また、面
２０ａは、ガラス基板１０に形成された圧力導入孔１２
の開口部１２ａの径よりも大きい径となるように形成さ
れている。よって、ダイアフラム１５の定常状態（物理
的な力が加わっておらず、歪みが生じていない状態）
で、圧力導入孔１２の開口部１２ａ（センサ内部の開口
部）は突起物２０によって塞がれた状態となっている。

【００３６】また、このように突起物２０を別部材で構
成することにより、例えばその材質を絶縁体にすること
ができる。すると、突起物２０とガラス基板１０とが陽
極接合したり、突起物２０を介してダイアフラム１５
（可動電極１５ａ）と固定電極１３が電気的に導通した
りするおそれがないので、第１の実施の形態のようにガ
ラス基板１０の開口部１２ａの周縁に絶縁膜を形成する
必要がなくなる。

【００３７】なお、その他の構成並びに作用効果は、上
記した第１の実施の形態と同様であるので、同一符号を
付しその詳細な説明を省略する。

【００３８】図３は本発明に係る静電容量型センサの第
３の実施の形態を示している。同図に示すように、本形
態では、ガラス基板１０側に突起物３０を設けている。
すなわち、この突起物３０は円筒形状に形成されてお
り、突起物３０の孔部３０ａは、圧力導入孔１２の内径
と略同一にするとともに、圧力導入孔１２と接続されて
いる。さらに、突起物３０の高さは、両電極１３，１５
ａ間のギャップとほぼ等しくし、これにより、突起物３
０の上面３０ｂは、ダイアフラム１５の定常状態では、
ダイアフラム１５の下面に接し、圧力導入孔１２を塞ぐ
ようになっている。

【００３９】なお、この突起物３０も、絶縁体で形成す
るのが好ましい。そして、絶縁体で形成した場合には、
固定電極１３が突起物３０に接触しても問題がなくなる
ので、製造がしやすくなる。また、仮に突起物３０を導
電帯で形成した場合には、その上面３０ｂに絶縁膜を成
膜したり、可動電極１５ａの表面のうち少なくともその
面３０ｂが接触する部分を絶縁膜で覆うようにすればよ
い。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記した各
実施の形態と同様であるので、同一符号を付しその詳細
な説明を省略する。

【００４０】図４は本発明に係る静電容量型センサの第
４の実施の形態を示している。同図に示すように、本形
態では固定基板としての第１シリコン基板４０と、半導
体基板としての第２シリコン基板４１を絶縁膜４２を介
して接合し、一体化した形状を基本構造としている。

【００４１】そして、第１シリコン基板４０の第２シリ
コン基板４１に対向する面が固定電極４０ａとなる。ま
た、第１シリコン基板４０を貫通するように圧力導入孔
４４が形成されている。

【００４２】一方、第２シリコン基板４１の上方から所
定量のエッチングを行うことにより、凹部４５が形成さ
れて、第２シリコン基板４１の下面側に薄肉のダイアフ
ラム４６が形成されている。係るダイアフラム４６の第
１シリコン基板４０に対向する面が可動電極４６ａとな
る。

【００４３】そして、上記したように両シリコン基板４
０，４１は、周囲に形成された絶縁膜４２により接合さ
れることから、両電極４０ａ，４６ａ間のギャップ間距
離は、絶縁膜４２の厚さと等しくなり、両電極４０ａ，
４６ａ間に微小空間のキャビティ４７が形成される。

【００４４】ここで本形態では、ダイアフラム４６の第
１シリコン基板側の面中央に絶縁体からなる突起物４３
を形成している。この突起物４３は、絶縁膜４２の厚さ
と同じにし、圧力導入孔４４ａの開口部４４ａの径より
も大きい径とする。これにより、定常状態では突起物４
３により圧力導入孔４４の開口部４４ａが塞がれた状態
となる。なお係る突起物４３は、絶縁膜４２と同時に形
成することができる。

【００４５】本形態では、固定電極４０ａを形成する基
板にシリコン基板を用いるので、第１〜３の実施の形態
のようにガラス基板を用いた静電容量型センサよりも安
価に製造することができる。なお、その他の構成並びに
作用効果は、上記した各実施の形態と同様であるので、
その詳細な説明を省略する。

【００４６】図５は本発明に係る静電容量型センサの第
５の実施の形態を示している。上記した第１〜４の実施
の形態では、圧力を測定するタイプの静電容量型センサ
について説明したが、本形態では、それと相違して加速
度等を測定するタイプに適用した例を示している。

【００４７】すなわち、図示の例では、図２と比較する
と明らかなように、図２に示す圧力センサのダイアフラ
ムの外側面中央に、加速度を受けやすくするための重り
を設けた構造としている。

【００４８】つまり、シリコン基板５０は上下方向から
所定量のエッチングを行うことにより、凹部５２ａ，凹
所５２ｂが形成されて、薄肉のダイアフラム５３が形成
される。この時、パターンを替えつつエッチングを適宜
繰り返すことにより、ダイアフラム５３のセンサ外部の
中央に重り部５４を一体的に形成している。そして、ダ
イアフラム５３の反対面が可動電極５３ａとなる。

【００４９】一方、ガラス基板５１は所定位置を貫通す
るように貫通孔５６が形成されている。そして、ガラス
基板５１の下面に固定電極５７が形成されている。係る
固定電極５７は貫通孔５６の開口部５６ａを中心とし
て、環状に形成されている。また、固定電極５７は貫通
孔５６よりも少し離れた周囲に形成されている。

【００５０】ここで、本形態では、ダイアフラム５３の
片面（可動電極５３ａ側）に絶縁体により突起部５５が
形成されている。係る突起部５５は重り部５４と同様に
ダイアフラム５３の中心に形成されている。

【００５１】ここで、突起部５５の先端の面５５ａはガ
ラス基板５１に形成された貫通孔５６の開口部５６ａの
径よりも大きい径となるように形成されている。よって
ダイアフラム５３の定常状態で、貫通孔５６の開口部５
６ａ（センサ内部の開口部）を突起物５５によって塞が
れた状態となっている。

【００５２】本形態における静電容量型センサの動作を
説明する。ダイアフラム５３と一体的に形成された重り
部５４が加速度を受けると、係る重り部５４の慣性力に
よって、ダイアフラム５３が外側に凸となるように変形
し、両電極５３ａ，５７間の距離が離れ、静電容量が変
化する。なお、本形態における貫通孔５６は、加速度を
受けてダイアフラムが変形する際に、その変形に伴い固
定電極との間のキャビティの容積が変化するが、係る変
化があってもセンサ内外での気体の移動を確保し、内部
に気体の圧力をほぼ一定に保ち、スムーズにダイアフラ
ムを変形させるような機能をもっている。

【００５３】図６〜図９は、本発明の第６の実施の形態
を示している。図６に示すように、本実施の形態では、
ガラス基板１０の接合側表面、より具体的には、厚さ方
向に貫通するようにして設けた圧力導入孔１２の周囲を
囲むようにして凹所６０を形成し、その凹所６０の底面
に固定電極１３を設けている。そして、圧力導入孔１２
の周囲には、筒状の突起物６１が形成され、圧力がかか
っていない基準状態では、その突起物６１の先端がシリ
コン基板１１のダイアフラム１５に接触している。これ
により、係る基準状態では、上記した各実施の形態と同
様に筒状の突起物６１の先端開口がダイアフラムにより
閉塞されているので、センサ内部（凹所６０内）に塵埃
等が侵入するのを阻止できる。なお、この突起物６１の
先端或いは対向するダイアフラムに、絶縁膜等を形成し
ておき、陽極接合時に接着されるのを抑止する。

【００５４】さらに本形態では、このようにガラス基板
１０側に凹所６０を設けて、ガラス基板の接合面よりも
固定電極１３の形成位置を低くしたため、シリコン基板
１１の接合面側は平坦としている。つまり、凹所６０の
深さが、電極間のギャップとなる。

【００５５】また上記した各実施の形態及びそれを説明
するための図では、発明の要部を説明するために、電極
の引き出し構造などの、一般的なセンサとしての構造の
説明を省略している。そこで、本実施の形態では、その
取り出し構造の具体的な構造について説明する。

【００５６】つまり、本実施の形態の平面図である図７
に示すように、ガラス基板１０の方がシリコン基板１１
よりも大きく形成したため、ガラス基板１０の接合面側
の一部が外部に露出する。そこで、その露出部位に第１
ワイヤボンディングパッド６３と第２ワイヤボンディン
グパッド６４とが形成されている。そして、第１ワイヤ
ボンディングパッド６３と固定電極１３とが配線３５に
より接続している。なお、実際には固定電極１３，両ワ
イヤボンディングパッド６３，６４及び配線３５は、同
時に形成することができる。

【００５７】そして、配線３５とシリコン基板１１との
間には、短絡防止のために一定の空間が空いているの
で、図８に示すように、所定位置に封止樹脂が充填し、
センサ内部を閉塞（圧力導入孔を除いて）している。

【００５８】また、第２ワイヤボンディングパッド６４
の先端は、図７に示すようにシリコン基板１１の形成領
域まで延長形成している。そして、図９に示すように、
シリコン基板１１の接合面側と第２ワイヤボンディング
パッド６４の先端がインタコネクション用圧着パッド６
７にて導通されている。これにより、ダイアフラム１５
の下面に形成された可動電極１５ａは、シリコン基板１
１からインタコネクション用圧着パッド６７を介してワ
イヤボンディングパッド６４に接続されている。これに
より、第１，第２ワイヤボンディングパッド６３，６４
にボンディングワイヤを接続することにより、両電極１
３，１５ａ間に発生する静電容量を、外部に出力可能と
なる。なお、係る接続構造は、従来から行われているも
ので、上記した各実施の形態も適宜使用することが可能
となる。

【００５９】図１０，図１１は本発明の第７の実施の形
態を示している。本実施の形態では、上記した第６の実
施の形態とは逆にシリコン基板１側の面積を大きくして
いる。この実施の形態では、天地を逆に記載しているも
のの、図１に示した第１の実施の形態と同様に、ダイア
フラム１５の接合面側に、一体的に突起物１７を設け、
通常時にはその突起物１７にて圧力導入孔１２の開口部
を閉塞するようにしている。ここで、第１の実施の形態
と相違するのは、突起物１７の先端に絶縁膜１８′を形
成している点である。なお、発明の要部の構成において
は、それ以外は第１の実施の形態及びその他の各実施の
形態と同様であるので、同一符号を付しその詳細な説明
を省略する。

【００６０】また、このようにシリコン基板１１を大き
くしたことにより、シリコン基板１１の露出面側に第
１，第２ワイヤボンディングパッド６３，６４を形成す
るのであるが、それに先立ちまずそのシリコン基板１１
の露出面に絶縁膜６８を形成し、その絶縁膜６８の上に
両パッド６３，６４を形成する。そして、第１ワイヤボ
ンディングパッド６３は、それに連続して第１配線６９
を形成し、その第１配線６９の先端を、ガラス基板１０
に形成した固定電極１３から引き出される第２配線７０
の先端とオーバーラップさせる。そして、そのオーバー
ラップした部分で、インタコネクション用圧着パッド７
１により両配線６９，７０を接続する。これにより、固
定電極１３は、第２配線７０→インタコネクション用圧
着パッド７１→第１配線６９を介して第１ワイヤボンデ
ィングパッド６３に導通する。なお、両配線６９，７０
の接続構造は、図９に示すものとほぼ同様の構造とな
る。

【００６１】一方、第２ワイヤボンディングパッド６３
は、その形成領域の一部に絶縁膜６８を開口してできる
貫通孔６８ａを設け、その貫通孔６８ａを介して露出す
るシリコン基板１１の表面に接続する。これにより、可
動電極１５ａは、シリコン基板１１を介して第２ワイヤ
ボンディングパッド６３に導通されることになる。

【００６２】なお、上記した第６，第７の実施の形態の
配線引き出し構造は、もちろん上記したその他の各実施
の形態にも適用できる。

【００６３】図１２は、本発明の第８の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した第７の実施の形
態を基本とし、さらに改良を図っている。すなわち、ダ
イアフラム１５に形成した突起物１７′として、先端開
口した有底の筒部としている。つまり、図１０の突起物
１７の中心軸を除去（ダイアフラム１５までは貫通しな
い）した形状となる。これにより、突起物１７′の中心
は、空間が形成され、トラップ部１７′ａが形成され
る。

【００６４】係る構成にすると、圧力がかからない基準
状態では、筒状の突起物１７′がガラス基板１０に形成
した圧力導入孔１２の周囲と接触してこれを閉塞し、塵
埃等のセンサ内部への侵入を阻止する。ところで、基準
状態で塵埃の侵入を阻止していたとしても、図１０に示
すような構造において係る阻止した塵埃が突起物１７等
の先端に残っているとすると、次の圧力測定の際に突起
物１７がガラス基板１０から離れた時に係る残っていた
塵埃がセンサ内部に侵入するおそれがある。しかし、本
形態によれば、係る侵入が阻止された塵埃は、トラップ
部１７′ａの内部に導かれるため、たとえ次の測定時に
突起物１７′の先端がガラス基板１０から離れたとして
も、トラップ部１７′ａに捕捉された塵埃がセンサ内部
に侵入するおそれが可及的に抑制される。

【００６５】特に、図１０や図１２に示すように、圧力
導入孔が上側に位置するような位置関係とすると、侵入
してきた塵埃が突起物の先端に付着したままとなるおそ
れがあるので、本実施の形態が好ましい。また、このよ
うにトラップ部１７′ａを設けるのは、ダイアフラム側
に突起物を形成するタイプであれば、一体的或いは別部
材で形成するかを問わず適用できる。なお、その他の構
成並びに作用効果は、上記した各実施の形態と同様であ
るので、その詳細な説明を省略する。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
センサでは、固定基板または半導体基板に設けられた突
起物が、キャビティ内とセンサ外部を接続する貫通孔を
塞ぐので、製造時並びに使用時に生じる粉塵はキャビテ
ィ内に侵入しない。よって、係る粉塵によって固定電極
と可動電極間の静電容量の変化が生じたり、短絡などに
よる不良品の発生がなく、信頼性は向上する。よって、
キャビティの間隙を小さくすることができ、静電容量型
センサを小型化することができる。また、不良品の発生
が減少するので、歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係る静電容量型センサの第１
の実施の形態を示す図である。（Ｂ）はその動作を説明
するための図である。

【図２】本発明に係る静電容量型センサの第２の実施の
形態を示す図である。

【図３】（Ａ）は本発明に係る静電容量型センサの第３
の実施の形態を示す図である。（Ｂ）はその動作を説明
するための図である。

【図４】本発明に係る静電容量型センサの第４の実施の
形態を示す図である。

【図５】本発明に係る静電容量型センサの第５の実施の
形態を示す図である。

【図６】本発明に係る静電容量型センサの第６の実施の
形態を示す断面図である。

【図７】本発明に係る静電容量型センサの第６の実施の
形態を示す平面図である。

【図８】図７におけるＢ−Ｂ′線矢視断面図である。

【図９】図７におけるＣ−Ｃ′線矢視断面図である。

【図１０】本発明に係る静電容量型センサの第７の実施
の形態を示す断面図である。

【図１１】本発明に係る静電容量型センサの第７の実施
の形態を示す平面図である。

【図１２】本発明に係る静電容量型センサの第８の実施
の形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０，５１ ガラス基板 １１ シリコン基板 １２，４４，５６ 圧力導入孔 １３，４０ａ，５７ 固定電極 １５，４６，５３ ダイアフラム １５ａ，４６ａ，５３ａ 可動電極 １７，１７′，２０，３０，４６，５５ 突起物 １７′ａ トラップ部 ４０ 第１シリコン基板 ４１ 第２シリコン基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 圭二 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 渡辺 秀明 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定電極付きの固定基板と、 その固定基板に接合され、前記固定電極に対向する位置
   にダイアフラムが設けられた半導体基板とを有し、 前記ダイアフラムの表面に可動電極を設け、 前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量により物
   理量を検出可能とし、 前記固定基板の所定位置に前記可動電極と固定電極間の
   空間に開口する貫通孔が形成された静電容量型センサで
   あって、 前記ダイアフラムの前記貫通孔に対向する位置に突起物
   を設け、 測定対象の物理量が加わっていない定常状態で前記突起
   物と前記固定基板との距離が微小となるか、前記突起物
   と前記固定基板とが接することを特徴とする静電容量型
   センサ。
2. 【請求項２】 固定電極付きの固定基板と、 その固定基板に接合され、前記固定電極に対向する位置
   にダイアフラムが設けられた半導体基板とを有し、 前記ダイアフラムの表面に可動電極を設け、 前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量により物
   理量を検出可能とし、 前記固定基板の所定位置に前記可動電極と固定電極間の
   空間に開口する貫通孔が形成された静電容量型センサで
   あって、 前記固定基板の前記空間側面には前記貫通孔の周囲を囲
   むように突起物を設け、 測定対象の物理量が加わっていない定常状態で、前記突
   起物と前記ダイアフラムとの距離が微小となるか、前記
   突起物と前記ダイアフラムとが接することを特徴とする
   静電容量型センサ。
3. 【請求項３】 前記突起物はダイアフラムの中心位置、
   或いはその中心位置に対向する部位に設けられているこ
   とを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の静
   電容量型センサ。
4. 【請求項４】 前記突起物が導電体から形成され、 前記突起物の先端面と、その先端面の対向側面の少なく
   とも一方に、絶縁体が設けられたことを特徴とする請求
   項１〜３のいずれかに記載の静電容量型センサ。
5. 【請求項５】 前記突起物が絶縁体から形成されたこと
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電容量
   型センサ。
6. 【請求項６】 請求項１において、前記突起物は、貫通
   孔側先端が開口した筒状に形成されており、 その筒状の内部が、前貫通孔を介して侵入してきた侵入
   物を貯留可能なトラップ部としたことを特徴とする静電
   容量型センサ。