KR20190087563A - 압력 센서 - Google Patents

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Abstract

가동 영역(121)의 외측에 다이어프램(102)의 변위가 규제되어 있는 참조 영역(122)을 구비한다. 참조 영역(122)에 있어서는, 다이어프램(102)과 베이스(101)의 간격이 변화하지 않는다. 다이어프램(102)의 참조 영역(122)에, 제1 참조 전극(106)을 배치하고 있다. 또한, 제1 참조 전극(106)을 마주보는 위치의 베이스(101)에, 제2 참조 전극(107)을 형성하고 있다.

Description

압력 센서
본 발명은 정전 용량의 변화를 검출함으로써 압력을 계측하는 압력 센서에 관한 것이다.
정전 용량식의 격막 진공계 등의 압력 센서는, 다이어프램(격막)을 포함하는 센서 칩을 측정 대상의 가스가 흐르는 배관 등에 부착하여 이용된다. 이 압력 센서는, 압력을 받은 다이어프램의 휨량, 즉 변위를 정전 용량값으로 변환하고, 정전 용량값으로부터 압력값을 출력한다. 이 압력 센서는, 가스종 의존성이 적기 때문에, 반도체 설비를 비롯하여, 공업 용도에 널리 사용되고 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
전술한 격막 진공계 등의 압력 센서의 센서 칩은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 측정 대상으로부터의 압력을 받는 다이어프램(302)과, 다이어프램(302)을 지지하는 지지부(301a)를 갖는 베이스(301)를 갖는다. 베이스(301)는, 평면에서 보아 중앙에 오목부를 가지고 있다. 다이어프램(302)과 베이스(301)는, 용량실(303)을 형성한다. 지지부(301a)에 의해 지지된 다이어프램(302) 중 베이스(301)와 이격한 가동 영역(302a)은, 베이스(301)의 방향으로 변위 가능해진다. 다이어프램(302)과 베이스(301)는, 예컨대 사파이어 등의 절연체로 구성되어 있다.
또한, 압력 센서의 센서 칩은, 다이어프램(302)의 가동 영역(302a)에 형성된 가동 전극(304)과, 베이스(301) 위에 형성되어 가동 전극(304)을 마주보는 고정 전극(305)을 구비한다. 또한, 압력 센서의 센서 칩은, 다이어프램(302)의 가동 영역(302a)에 있어서 가동 전극(304)의 주위에 형성된 가동 참조 전극(306)과, 고정 전극(305)의 주위의 베이스(301) 위에 형성되며, 가동 참조 전극(306)을 마주보는 고정 참조 전극(307)을 구비한다.
이상과 같이 구성된 센서 칩에서는, 가동 전극(304)과 고정 전극(305)으로 용량이 형성된다. 다이어프램(302)이 외부로부터 압력을 받아 중앙부가 베이스(301)의 방향으로 휘면, 가동 전극(304)과 고정 전극(305)의 간격이 변화하여, 이들 사이의 용량이 변화한다. 이 용량 변화를 검출하면, 다이어프램(302)이 받은 압력을 검출할 수 있다.
또한, 가동 참조 전극(306)과, 고정 참조 전극(307) 사이에도 용량이 형성된다. 단, 가동 참조 전극(306)은, 지지부(301a)에 가까운 곳에 마련되어 있기 때문에, 다이어프램(302)의 휨에 의한 변위량은, 보다 중앙부에 배치된 가동 전극(304)보다 작다. 따라서, 고정 전극(305)과 가동 참조 전극(306) 사이의 용량 변화를 기준으로 하여 고정 전극(305)과 가동 전극(304) 사이의 용량 변화를 파악함으로써, 다이어프램(302)의 변위량의 편차를 억제하여 검출할 수 있게 된다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2006-003234호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2000-105164호 공보
그런데, 전술한 바와 같은 반도체 장치의 제조 프로세스에서는, 반도체 칩의 미세화가 진행되고 있고, 압력에 대해서도 높은 정밀도의 계측이 요구되고 있다. 이에 따라, 종래의 압력 센서에서는, 정밀도가 불충분해지는 일도 생기고 있다.
예컨대, 외부로부터의 열에 의한 열 응력의 영향을 받기 어렵게 하는 구조로 함으로써, 보다 높은 측정 정밀도를 얻는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 보다 저렴하게 입수할 수 있는 R면으로 한 사파이어로 베이스 및 다이어프램을 구성하는 경우, 가동 전극을, 사파이어의 C축 투영면 방향으로 연장하고 있는 직사각형으로 형성함으로써, 보다 높은 측정 정밀도를 얻는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
최근, 반도체 제조 프로세스에서는, 보다 작은 압력에서의 보다 높은 정밀도의 압력 계측이 요구되고 있다. 그러나 종래의 기술에서는, 수압(受壓)한 다이어프램(302)의 휨에 의해, 가동 참조 전극(306)과 고정 참조 전극(307) 사이의 용량도 변화한다. 이와 같이, 종래에서는, 기준으로 하는 용량도 변화하기 때문에, 전술한 보다 높은 정밀도에 의한 압력 계측의 요구에 응하지 못하고 있다는 문제가 있었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 보다 작은 압력에 있어서도 보다 높은 정밀도로 압력 계측할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 압력 센서는, 베이스와, 베이스의 표면으로부터 이격하여 베이스와 마주보는 대향면을 갖는 다이어프램과, 다이어프램의 베이스와 마주보는 대향면 중 다이어프램이 변위 가능하게 되어 있는 가동 영역의 내측에 마련된 제1 전극과, 베이스의 표면에 마련되어 제1 전극과 마주보는 제2 전극과, 다이어프램의 대향면 중 가동 영역의 외측의 다이어프램의 변위가 규제되어 있는 참조 영역에 마련된 제1 참조 전극과, 베이스의 표면에 마련되어 제1 참조 전극을 마주보는 제2 참조 전극을 구비한다.
상기 압력 센서에 있어서, 다이어프램의 대향면 상의 제1 전극의 주위에 마련되어 제1 참조 전극에 접속된 제3 참조 전극과, 베이스의 표면에 마련되며, 제2 참조 전극에 접속되어 제3 참조 전극을 마주보는 제4 참조 전극을 구비하고, 제1 전극과 제3 참조 전극 및 제2 전극과 제4 참조 전극 중 적어도 한쪽은 전기적으로 절연되고, 제3 참조 전극의 적어도 일부는, 다이어프램의 가동 영역에 배치되어 있도록 하여도 좋다.
상기 압력 센서에 있어서, 제1 참조 전극과 제2 참조 전극 사이의 용량을 기준으로 하여, 다이어프램의 변위에 의한 제1 전극과 제2 전극 사이의 용량 변화를 압력값으로 변환하여 출력하도록 구성된 압력값 출력부를 구비한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다이어프램과 베이스의 간격이 변화하지 않는 참조 영역을 마련하고, 참조 영역에 참조 전극을 마련하도록 하였기 때문에, 보다 작은 압력에 있어서도 보다 높은 정밀도로 압력을 계측할 수 있다고 하는 우수한 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 압력 센서의 구성을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 압력 센서의 구성을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 압력 센서의 일부 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 압력 센서의 일부 구성을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 압력 센서의 구성을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 압력 센서의 구성을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 압력 센서의 일부 구성을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 압력 센서의 일부 구성을 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 압력 센서의 다른 일부 구성을 일부 파단하여 나타내는 사시도이다.
도 10은 격막 진공계의 검출부의 일부 구성을 일부 파단하여 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
[실시형태 1]
먼저, 본 발명의 실시형태 1에 대해서 도 1, 2, 3, 4를 참조하여 설명한다. 도 1, 도 2는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 압력 센서(센서 칩)의 구성을 나타내는 모식적인 단면도이다. 또한, 도 3, 도 4는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 압력 센서의 일부 구성을 나타내는 평면도이다. 도 1은 도 3의 aa'선의 단면을 나타내고 있다. 또한, 도 2는 도 3의 bb'선의 단면을 나타내고 있다.
이 압력 센서는, 베이스(101), 다이어프램(102), 가동 전극(제1 전극)(104), 고정 전극(제2 전극)(105)을 구비한다. 실시형태 1에서, 수압부가 되는 다이어프램(102)은, 다이어프램 기판(111)의 정해진 영역에 마련되어 있다. 또한, 다이어프램(102)은, 다이어프램 기판(111)에 마련된 지지부(112)에 의해, 베이스(101) 위에 지지되어 있다. 지지부(112)는, 다이어프램(102)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 다이어프램(102)은, 가동 영역(121)에서 베이스(101)와 이격하여 배치되어 있다. 또한, 다이어프램(102)은, 베이스(101)와 마주보는 대향면을 가지고 있다. 예컨대, 베이스(101), 다이어프램 기판(111)은, 평면에서 보아 정방형으로 되어 있다. 또한, 다이어프램(102)은, 평면에서 보아 원형으로 되어 있다.
다이어프램 기판(111)의 지지부(112)와 베이스(101)는, 가동 영역(121)의 외측의 접합 영역(113)에서 접합되어 있다. 다이어프램(102)은, 베이스(101)와 마주보는 대향면 중 다이어프램(102)이 변위 가능하게 되어 있는 가동 영역(121)을 구비한다. 다이어프램(102)은, 가동 영역(121)에서 베이스(101)의 평면의 법선 방향으로 변위 가능하게 되어 있다. 다이어프램(102)이 측정 대상으로부터의 압력을 받으면, 가동 영역(121)이 변위한다.
베이스(101) 및 다이어프램 기판(111)은, 예컨대 사파이어나 알루미나 세라믹 등의 절연체로 구성되어 있다. 또한, 베이스(101) 쪽에, 지지부를 마련하여도 좋다. 가동 영역(121)에 있어서의 다이어프램(102)과 베이스(101) 사이에는, 용량실(103)이 형성된다. 용량실(103)은, 예컨대, 진공으로 되어 있다.
다이어프램(102)의 베이스(101)와 마주보는 대향면 중 다이어프램(102)이 변위 가능하게 되어 있는 가동 영역(121)의 내측에, 가동 전극(104)이 마련되어 있다. 또한, 고정 전극(105)은, 베이스(101)의 표면에 마련되어 가동 전극(104)과 마주보고 있다. 또한, 가동 전극(104) 및 고정 전극(105)은, 용량실(103)의 내부에 배치되어 있게 된다.
가동 전극(104)과 고정 전극(105)은, 용량을 형성한다. 이 용량은, 다이어프램(102)의 가동 영역(121)이 변위함(휨)으로써, 변화한다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 정전 용량식의 압력 센서는, 고정 전극(105)과 가동 전극(104) 사이에 형성되는 용량의 변화에 의해, 다이어프램(102)의 수압 영역[가동 영역(121)]에서 받은 압력을 측정한다.
또한, 실시형태 1에 있어서의 압력 센서는, 다이어프램(102)의 대향면 중 가동 영역(121)의 외측의 다이어프램(102)의 변위가 규제되어 있는 참조 영역(122)에 제1 참조 전극(106)을 마련하고 있다. 또한, 실시형태 1에 있어서의 압력 센서는, 베이스(101)의 표면에, 제1 참조 전극(106)을 마주보는 제2 참조 전극(107)을 마련하고 있다.
예컨대, 참조 영역(122)은, 평면에서 보아 가동 영역(121)의 중심으로부터 멀어지는 방향으로, 가동 영역(121)의 둘레 가장자리부로부터 볼록형으로 형성되어 있다. 실시형태 1에서는, 가동 영역(121)의 둘레 가장자리부의 원주 상에 등간격으로 4개의 참조 영역(122)을 마련하고 있다. 다이어프램(102)이 수압하여 가동 영역(121)이 변위하여도, 참조 영역(122)에 있어서는, 다이어프램(102)과 베이스(101)의 간격이 거의 변화하지 않는다.
바꾸어 말하면, 수압에 의해 다이어프램(102)이 변위하는 영역이 가동 영역(121)이다. 한편, 수압에 의해 다이어프램(102)이 변위하지 않는 영역이 참조 영역(122)이다. 참조 영역(122)은, 가동 영역(121)의 외측에 부분적으로 마련되어 있지만, 이외의 영역은, 지지부(112)가 존재하고 있다. 또한, 참조 영역(122)의 다이어프램(102)과 베이스(101) 사이에는, 참조실(108)이 형성된다. 참조실(108)은, 용량실(103)과 연속하고 있다.
실시형태 1에서는, 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 평면에서 보아 회전각이 90°씩 상이한 점대칭의 위치 관계가 되는 4곳에 참조 영역(122)을 배치하고 있다. 또한, 각각의 참조 영역(122)에 제1 참조 전극(106)을 배치하고, 이것을 마주보게 제2 참조 전극(107)을 배치하고 있다.
또한, 이 압력 센서는, 압력값 출력부(110)를 구비한다. 압력값 출력부(110)는, 제1 참조 전극(106)과 제2 참조 전극(107) 사이의 용량을 기준으로 하여, 다이어프램(102)의 휨(변위)에 의한 가동 전극(104)과 고정 전극(105) 사이의 용량 변화를 검출한다. 압력값 출력부(110)는, 검출한 용량 변화를, 설정되어 있는 센서 감도를 이용하여 압력값으로 변환하여 출력한다.
실시형태 1에 따르면, 다이어프램(102)이 수압하여도, 제1 참조 전극(106)과 제2 참조 전극(107)의 간격은 거의 변화하지 않고, 이들 사이의 용량은 거의 변화하지 않는다. 이와 같이, 실시형태 1에 따르면, 기준으로 하는 용량이 수압에 의해 거의 변화하지 않는다.
이에 의해, 가동 전극(104)과 고정 전극(105) 사이의 용량 변화와, 제1 참조 전극(106)과 제2 참조 전극(107)에 의한 용량의 차는, 참조 전극 사이도 용량이 변화하여 버리는 경우보다 커져, 센서 감도가 향상한다. 이 결과, 보다 작은 압력이어도, 보다 높은 정밀도로 압력을 계측할 수 있게 된다.
또한, 가동 전극(104)의 일부에는, 인출 배선(205)의 일단이 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 인출 배선(205)의 타단에는, 단자부(206)가 전기적으로 접속하고 있다. 단자부(206)는, 접합 영역(113)에 마련되어 있다. 인출 배선(205)은, 용량실(103)로부터 접합 영역(113)에 걸쳐 인출되고 있다. 단자부(206)는, 베이스(101)에 마련된 도시하지 않는 관통 배선에 전기적으로 접속하고, 관통 배선은, 베이스(101) 이면의 도시하지 않는 외부 단자에 전기적으로 접속한다.
또한, 제1 참조 전극(106)의 일부에는, 인출 배선(207)의 일단이 전기적으로 접속하고 있다. 제1 참조 전극(106)의 일부에 접속하는 인출 배선(207)의 부분은, 도 2에 있어서는 생략하고 있다. 인출 배선(207)의 타단에는, 단자부(208)가 전기적으로 접속하고 있다. 단자부(208)는, 접합 영역(113)에 마련되어 있다. 인출 배선(207)은, 용량실(103)로부터 접합 영역(113)에 걸쳐 인출되고 있다. 단자부(208)는, 베이스(101)에 마련된 도시하지 않는 관통 배선에 전기적으로 접속하고, 관통 배선은, 베이스(101) 이면의 도시하지 않는 외부 단자에 전기적으로 접속한다.
고정 전극(105)의 일부에는, 인출 배선(201)의 일단이 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 인출 배선(201)의 타단에는, 단자부(202)가 전기적으로 접속하고 있다. 단자부(202)는, 접합 영역(113)에 마련되어 있다. 인출 배선(201)은, 용량실(103)로부터 접합 영역(113)에 걸쳐 인출되고 있다. 단자부(202)는, 베이스(101)에 마련된 도시하지 않는 관통 배선에 전기적으로 접속하고, 관통 배선은, 베이스(101) 이면의 도시하지 않는 외부 단자에 전기적으로 접속한다.
또한, 제2 참조 전극(107)의 일부에는, 인출 배선(203)의 일단이 전기적으로 접속하고 있다. 인출 배선(203)의 타단에는, 단자부(204)가 전기적으로 접속하고 있다. 단자부(204)는, 접합 영역(113)에 마련되어 있다. 인출 배선(203)은, 용량실(103)로부터 접합 영역(113)에 걸쳐 인출되고 있다. 단자부(204)는, 베이스(101)에 마련된 도시하지 않는 관통 배선에 전기적으로 접속하고, 관통 배선은, 베이스(101) 이면의 도시하지 않는 외부 단자에 전기적으로 접속한다.
또한, 가동 전극(104)과 제1 참조 전극(106) 및 고정 전극(105)과 제2 참조 전극(107) 중 적어도 한쪽이, 전기적으로 절연 분리되어 있으면 좋다. 따라서, 가동 전극(104)과 제1 참조 전극(106)이 전기적으로 접속되어 있는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 인출 배선(205) 및 인출 배선(207)의 한쪽만을 외부 단자로 접속하는 구성으로 하여도 좋다.
[실시형태 2]
다음에, 본 발명의 실시형태 2에 대해서 도 5, 6, 7, 8을 참조하여 설명한다. 도 5, 도 6은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 압력 센서(센서 칩)의 구성을 나타내는 모식적인 단면도이다. 또한, 도 7, 도 8은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 압력 센서의 일부 구성을 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 7의 aa'선의 단면을 나타내고 있다. 또한, 도 6은 도 7의 bb'선의 단면을 나타내고 있다.
이 압력 센서는, 베이스(101), 다이어프램(102), 가동 전극(제1 전극)(104), 고정 전극(제2 전극)(105)을 구비한다. 실시형태 2에서, 수압부가 되는 다이어프램(102)은, 다이어프램 기판(111)의 정해진 영역에 마련되어 있다. 또한, 다이어프램(102)은, 다이어프램 기판(111)에 마련된 지지부(112)에 의해, 베이스(101) 위에 지지되어 있다. 지지부(112)는, 다이어프램(102)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 다이어프램(102)은, 가동 영역(121)에서 베이스(101)와 이격하여 배치되어 있다. 또한, 다이어프램(102)은, 베이스(101)와 마주보는 대향면을 가지고 있다. 예컨대, 베이스(101), 다이어프램 기판(111)은, 평면에서 보아 정방형으로 되어 있다. 또한, 다이어프램(102)은, 평면에서 보아 원형으로 되어 있다.
다이어프램 기판(111)의 지지부(112)와 베이스(101)는, 가동 영역(121)의 외측의 접합 영역(113)에서 접합되어 있다. 다이어프램(102)은, 베이스(101)와 마주보는 대향면 중 다이어프램(102)이 변위 가능하게 되어 있는 가동 영역(121)을 구비한다. 다이어프램(102)은, 가동 영역(121)에서 베이스(101)의 평면의 법선 방향으로 변위 가능하게 되어 있다. 다이어프램(102)이 측정 대상으로부터의 압력을 받으면, 가동 영역(121)이 변위한다.
베이스(101) 및 다이어프램 기판(111)은, 예컨대 사파이어나 알루미나 세라믹 등의 절연체로 구성되어 있다. 또한, 베이스(101) 쪽에, 지지부를 마련하여도 좋다. 가동 영역(121)에 있어서의 다이어프램(102)과 베이스(101) 사이에는, 용량실(103)이 형성된다. 용량실(103)은, 예컨대, 진공으로 되어 있다.
다이어프램(102)의 베이스(101)와 마주보는 대향면 중 다이어프램(102)이 변위 가능하게 되어 있는 가동 영역(121)의 내측에, 가동 전극(104)이 마련되어 있다. 또한, 고정 전극(105)은, 베이스(101)의 표면에 마련되어 가동 전극(104)과 마주보고 있다. 또한, 가동 전극(104) 및 고정 전극(105)은, 용량실(103)의 내부에 배치되어 있게 된다.
가동 전극(104)과 고정 전극(105)은, 용량을 형성한다. 이 용량은, 다이어프램(102)의 가동 영역(121)이 변위함(휨)으로써, 변화한다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 정전 용량식의 압력 센서는, 고정 전극(105)과 가동 전극(104) 사이에 형성되는 용량의 변화에 의해, 다이어프램(102)의 수압 영역[가동 영역(121)]에서 받은 압력을 측정한다.
또한, 실시형태 2에 있어서의 압력 센서는, 다이어프램(102)의 대향면 중 가동 영역(121)의 외측의 다이어프램(102)의 변위가 규제되어 있는 참조 영역(122)에 제1 참조 전극(106)을 마련하고 있다. 또한, 실시형태 2에 있어서의 압력 센서는, 베이스(101)의 표면에, 제1 참조 전극(106)을 마주보는 제2 참조 전극(107)을 마련하고 있다.
예컨대, 참조 영역(122)은, 평면에서 보아 가동 영역(121)의 중심으로부터 멀어지는 방향으로, 가동 영역(121)의 둘레 가장자리부로부터 볼록형으로 형성되어 있다. 실시형태 2에서는, 가동 영역(121)의 둘레 가장자리부의 원주 상에 등간격으로 4개의 참조 영역(122)을 마련하고 있다. 다이어프램(102)이 수압하여 가동 영역(121)이 변위하여도, 참조 영역(122)에 있어서는, 다이어프램(102)과 베이스(101)의 간격이 거의 변화하지 않는다.
바꾸어 말하면, 수압에 의해 다이어프램(102)이 변위하는 영역이 가동 영역(121)이다. 한편, 수압에 의해 다이어프램(102)이 변위하지 않는 영역이 참조 영역(122)이다. 참조 영역(122)은, 가동 영역(121)의 외측에 부분적으로 마련되어 있지만, 이외의 영역은, 지지부(112)가 존재하고 있다. 또한, 참조 영역(122)의 다이어프램(102)과 베이스(101) 사이에는, 참조실(108)이 형성된다. 참조실(108)은, 용량실(103)과 연속하고 있다.
실시형태 2에서는, 도 7, 도 8에 나타내는 바와 같이, 평면에서 보아 회전각이 90°씩 상이한 점대칭의 위치 관계가 되는 4곳에 참조 영역(122)을 배치하고 있다. 또한, 각각의 참조 영역(122)에 제1 참조 전극(106)을 배치하고, 이것을 마주보고 제2 참조 전극(107)을 배치하고 있다. 상기 구성은, 전술한 실시형태 1과 동일하다.
또한, 실시형태 2에서는, 가동 영역(121)에 있어서도, 제1 참조 전극(106)에 접속하는 제3 참조 전극(106a)이 배치되어 있다. 실시형태 2에 있어서, 제3 참조 전극(106a)은, 제1 참조 전극(106)에 연속하여 형성되어 있다. 제3 참조 전극(106a)은, 가동 전극(104)과 지지부(112)[접합 영역(113)] 사이에 배치되어 있다. 또한, 제3 참조 전극(106a)은, 가동 영역(121)[용량실(103)]의 범위 내에서, 가동 전극(104)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다.
또한, 실시형태 2에서는, 제3 참조 전극(106a)을 마주보고 베이스(101)의 표면에 제4 참조 전극(107a)이 형성되어 있다. 제4 참조 전극(107a)은, 제2 참조 전극(107)에 접속하여 형성되어 있다. 실시형태 2에 있어서, 제4 참조 전극(107a)은, 제2 참조 전극(107)에 연속하여 형성되어 있다. 제4 참조 전극(107a)은, 고정 전극(105)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 제3 참조 전극(106a)과 제4 참조 전극(107a)은, 용량실(103) 내에서 마주보게 배치되어 있다.
여기서, 가동 전극(104)과 제3 참조 전극(106a) 및 고정 전극(105)과 제4 참조 전극(107a) 중 적어도 한쪽은 전기적으로 절연 분리되어 있다. 가동 전극(104)과 제3 참조 전극(106a) 및 고정 전극(105)과 제4 참조 전극(107a)의 양자가 전기적으로 절연 분리되어 있어도 좋다.
또한, 이 압력 센서는, 압력값 출력부(110)를 구비한다. 압력값 출력부(110)는, 제1 참조 전극(106)과 제2 참조 전극(107) 사이의 용량을 기준으로 하여, 다이어프램(102)의 휨(변위)에 따른 가동 전극(104)과 고정 전극(105) 사이의 용량 변화를 검출한다. 압력값 출력부(110)는, 검출한 용량 변화를, 설정되어 있는 센서 감도를 이용하여 압력값으로 변환하여 출력한다.
실시형태 2에 따르면, 다이어프램(102)이 수압하여도, 제1 참조 전극(106)과 제2 참조 전극(107)의 간격은 거의 변화하지 않고, 이들 사이의 용량은 거의 변화하지 않는다. 이와 같이, 실시형태 2에 따르면, 기준으로 하는 용량이 수압에 의해 거의 변화하지 않는다. 이에 의해, 가동 전극(104)과 고정 전극(105) 사이의 용량 변화와, 제1 참조 전극(106)과 제2 참조 전극(107)에 의한 용량의 차는, 참조 전극 사이도 용량이 변화하여 버리는 경우보다 커져, 센서 감도가 향상한다. 이 결과, 보다 작은 압력이어도, 보다 높은 정밀도로 압력을 계측할 수 있게 된다.
그런데, 실시형태 2에서는, 제1 참조 전극(106)에 제3 참조 전극(106a)이 연속하여 형성되어 있다. 또한, 제2 참조 전극(107)에 제4 참조 전극(107a)이, 연속하여 형성되어 있다. 가동 영역(121)에 마련되어 있는 제3 참조 전극(106a)과 제4 참조 전극(107a)의 간격은, 다이어프램(102)의 변위에 따라 변화한다. 이 때문에, 제3 참조 전극(106a)과 제4 참조 전극(107a)에 의한 용량은, 수압에 따라 변화한다. 이 때문에, [제1 참조 전극(106)+제3 참조 전극(106a)]과 [제2 참조 전극(107)+제4 참조 전극(107a)]에 의한 용량도, 다이어프램(102)의 변위에 따라 변화한다.
그러나, 제1 참조 전극(106)과 제2 참조 전극(107) 사이에서 용량은 거의 변화가 없다. 이 때문에, 제3 참조 전극(106a) 및 제4 참조 전극(107a)만인 경우와 비교하여, 제1 참조 전극(106) 및 제2 참조 전극(107)을 마련함으로써, 기준으로 하는 용량의 수압에 의한 변화를 억제할 수 있게 된다. 이 결과, [제1 참조 전극(106)+제3 참조 전극(106a)]과 [제2 참조 전극(107)+제4 참조 전극(107a)]의 구성이어도, 정밀도는 향상된다.
여기서, 제3 참조 전극(106a) 및 제4 참조 전극(107a)을 마련하지 않고, 제1 참조 전극(106) 및 제2 참조 전극(107)만으로 함으로써, 기준으로 하는 용량은 변화하지 않는 것으로 하는 것이 가능해진다. 단, [제1 참조 전극(106)+제3 참조 전극(106a)] 및 [제2 참조 전극(107)+제4 참조 전극(107a)]의 구성으로 함으로써, 용량이 발생하는 면적을 보다 크게 할 수 있다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 면적을 크게 함으로써, 보다 큰 용량이 얻어지게 된다.
또한, 가동 전극(104)의 일부에는, 인출 배선(205)의 일단이 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 인출 배선(205)의 타단에는, 단자부(206)가 전기적으로 접속하고 있다. 단자부(206)는, 접합 영역(113)에 마련되어 있다. 인출 배선(205)은, 용량실(103)로부터 접합 영역(113)에 걸쳐 인출되고 있다. 단자부(206)는, 베이스(101)에 마련된 도시하지 않는 관통 배선에 전기적으로 접속하고, 관통 배선은, 베이스(101) 이면의 도시하지 않는 외부 단자에 전기적으로 접속한다.
또한, 제1 참조 전극(106)의 일부에는, 인출 배선(207)의 일단이 전기적으로 접속하고 있다. 실시형태 2에서는, 제1 참조 전극(106)에 연속하여 형성되어 있는 제3 참조 전극(106a)을 통해 인출 배선(207)이 접속되어 있다. 인출 배선(207)의 타단에는, 단자부(208)가 전기적으로 접속하고 있다. 단자부(208)는, 접합 영역(113)에 마련되어 있다. 인출 배선(207)은, 용량실(103)로부터 접합 영역(113)에 걸쳐 인출되고 있다. 단자부(208)는, 베이스(101)에 마련된 도시하지 않는 관통 배선에 전기적으로 접속하고, 관통 배선은, 베이스(101) 이면의 도시하지 않는 외부 단자에 전기적으로 접속한다.
고정 전극(105)의 일부에는, 인출 배선(201)의 일단이 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 인출 배선(201)의 타단에는, 단자부(202)가 전기적으로 접속하고 있다. 단자부(202)는, 접합 영역(113)에 마련되어 있다. 인출 배선(201)은, 용량실(103)로부터 접합 영역(113)에 걸쳐 인출되고 있다. 단자부(202)는, 베이스(101)에 마련된 도시하지 않는 관통 배선에 전기적으로 접속하고, 관통 배선은, 베이스(101) 이면의 도시하지 않는 외부 단자에 전기적으로 접속한다.
또한, 제2 참조 전극(107)의 일부에는, 인출 배선(203)의 일단이 전기적으로 접속하고 있다. 실시형태 2에서는, 제2 참조 전극(107)에 연속하여 형성되어 있는 제4 참조 전극(107a)을 통해, 인출 배선(203)이 접속되어 있다. 인출 배선(203)의 타단에는, 단자부(204)가 전기적으로 접속하고 있다. 단자부(204)는, 접합 영역(113)에 마련되어 있다. 인출 배선(203)은, 용량실(103)로부터 접합 영역(113)에 걸쳐 인출되고 있다. 단자부(204)는, 베이스(101)에 마련된 도시하지 않는 관통 배선에 전기적으로 접속하고, 관통 배선은, 베이스(101) 이면의 도시하지 않는 외부 단자에 전기적으로 접속한다.
그런데, 도 9에 나타내는 바와 같이, 다이어프램 기판(111)에, 스페이서부(131)를 마련하여도 좋다. 스페이서부(131)는, 다이어프램 기판(111)의 외측 상면에 마련된다. 또한, 스페이서부(131)는, 가동 영역(121)을 둘러싸는(에워싸는) 링형으로 형성되어 있다. 스페이서부(131)는, 가동 영역(121)의 주위에 마련된, 다이어프램 기판(111)의 보다 두꺼운 영역이다. 스페이서부(131)에 의해, 이 센서 칩의 실장을 행한다. 스페이서부(131)의 상면을, 실장면에 접합함으로써 센서 칩의 실장을 행한다.
다이어프램(102)의 스페이서부(131)의 부분은, 다이어프램(102)의 변위가 규제된다. 따라서, 스페이서부(131)를 마련하는 구성에서는, 평면에서 보아 스페이서부(131)의 내측 영역이 가동 영역(121)이 된다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다이어프램과 베이스의 간격의 변화가 규제된 참조 영역을 마련하고, 참조 영역에 참조 전극을 마련하도록 하였기 때문에, 보다 작은 압력에 있어서도 보다 높은 정밀도로 압력을 계측할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 이상에 설명한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 내에서, 당분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 사람에 의해, 많은 변형 및 조합을 실시 가능한 것은 명백하다.
101…베이스, 102…다이어프램, 103…용량실, 104…가동 전극(제1 전극), 105…고정 전극(제2 전극), 106…제1 참조 전극, 106a…제3 참조 전극, 107…제2 참조 전극, 107a…제4 참조 전극, 108…참조실, 110…압력값 출력부, 111…다이어프램 기판, 112…지지부, 113…접합 영역, 121…가동 영역, 122…참조 영역.

Claims (3)

  1. 베이스와,
    상기 베이스의 표면으로부터 이격하여 상기 베이스와 마주보는 대향면을 갖는 다이어프램과,
    상기 다이어프램의 상기 베이스와 마주보는 대향면 중 상기 다이어프램이 변위 가능하게 되어 있는 가동 영역의 내측에 마련된 제1 전극과,
    상기 베이스의 표면에 마련되어 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극과,
    상기 다이어프램의 상기 대향면 중 상기 가동 영역의 외측의 상기 다이어프램의 변위가 규제되어 있는 참조 영역에 마련된 제1 참조 전극과,
    상기 베이스의 표면에 마련되어 상기 제1 참조 전극을 마주보는 제2 참조 전극
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이어프램의 상기 대향면 위의 상기 제1 전극의 주위에 마련되어 상기 제1 참조 전극에 접속된 제3 참조 전극과,
    상기 베이스의 표면에 마련되며, 상기 제2 참조 전극에 접속되어 상기 제3 참조 전극을 마주보는 제4 참조 전극
    을 구비하고,
    상기 제1 전극과 상기 제3 참조 전극 및 상기 제2 전극과 상기 제4 참조 전극 중 적어도 한쪽은 전기적으로 절연되고,
    상기 제3 참조 전극의 적어도 일부는, 상기 다이어프램의 상기 가동 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 참조 전극과 상기 제2 참조 전극 사이의 용량을 기준으로 하여, 상기 다이어프램의 변위에 따른 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 용량 변화를 압력값으로 변환하여 출력하도록 구성된 압력값 출력부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
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