WO2010122883A1 - 圧力センサ用パッケージ及びこれを用いた圧力センサ - Google Patents

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lid
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measurement electrode
package
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清茂 宮脇
義明 植田
正樹 生地
和弘 川畑
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京セラ株式会社
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    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0075—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
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    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance

Definitions

  • the present invention includes an insulating substrate and a lid that is displaced by applying external pressure, and a pressure sensor package in which a space is formed between the insulating substrate and the lid, and the same.
  • the present invention relates to a pressure sensor.
  • a pressure sensor has been used to detect the gas pressure.
  • a pressure sensor package constituting this pressure sensor as disclosed in Patent Document 1, a package including a ceramic package body (insulating base) and a diaphragm (lid) is used.
  • the package body and the lid are joined via a joining member made of a ceramic spacer and an Ag—Cu eutectic alloy.
  • the package main body and the diaphragm in the pressure sensor package disclosed in Patent Document 1 are joined to each other on a surface facing each other via a joining member. These opposing surfaces are perpendicular to the pressure applied to the diaphragm. Therefore, when an external pressure is applied to the diaphragm, the joining member is pressed against the diaphragm. When the pressure sensor is used for a long time, a pressing force is repeatedly applied to the joining member from the diaphragm. Therefore, the joining member is greatly plastically deformed, and there is a possibility that the distance between the pair of measurement electrodes disposed in the sealed space formed between the insulating base and the lid body becomes small. As a result, the pressure measurement accuracy may be reduced.
  • an object of the present invention is to provide a pressure sensor package and a pressure sensor in which a decrease in measurement accuracy is suppressed even when used for a long time.
  • an insulating base on which a first measurement electrode and a first convex portion surrounding the first measurement electrode are disposed on the main surface, and a main surface.
  • a lid body provided with a second measurement electrode facing the first measurement electrode and an annular second convex portion surrounding the second measurement electrode, and the insulating base and the lid body are joined together.
  • a joining member that performs. The side surface of the first convex portion and the side surface of the second convex portion are joined by the joining member.
  • a space surrounded by the insulating base and the lid is sealed.
  • FIG. 4A It is a perspective view from the back surface side of the diaphragm in embodiment shown to FIG. 4A. It is a disassembled perspective view which shows the package for pressure sensors concerning the 3rd modification of the 1st Embodiment of this invention. It is a perspective view from the back surface side of the lid in the embodiment shown in FIG. 5A. It is sectional drawing of embodiment shown in FIG. It is sectional drawing which shows the package for pressure sensors concerning the 4th modification of embodiment shown in FIG. It is sectional drawing which shows the package for pressure sensors concerning the 2nd Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the package for pressure sensors concerning the 3rd Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the state which the diaphragm in embodiment shown to FIG.
  • the pressure sensor package 1 of the first embodiment (hereinafter also simply referred to as package 1) has a first measurement electrode 3 and a first electrode on the main surface.
  • An insulating substrate 7 provided with a first convex portion 5 surrounding the measurement electrode 3, a second measurement electrode 9 facing the first measurement electrode 3 on the main surface (on the back surface in the present embodiment), and
  • a lid body 13 provided with a second convex portion 11 surrounding the second measurement electrode 9 and a joining member 15 that joins the insulating base 7 and the lid body 13 are provided.
  • the side surface of the first convex portion 5 and the side surface of the second convex portion 11 are joined by the joining member 15.
  • a space 17 surrounded by the insulating base 7 and the lid 13 is sealed.
  • the atmospheric pressure in the space 17 surrounded by the insulating base 7 and the lid body 13 is the internal pressure
  • the atmospheric pressure in the external space is the external pressure.
  • the side surface of the first convex portion 5 in the insulating base 7 and the side surface of the second convex portion 11 in the lid 13 are joined by the joining member 15. Therefore, even when the package 1 is used for a long period of time, the pressing of the bonding member 15 due to the pressure applied to the lid 13 is suppressed. Thereby, since the plastic deformation of the joining member 15 is suppressed, it is suppressed that the space
  • the insulating base 7 may have a plurality of first protrusions 5 that are separated from each other, but like the package of this embodiment, It is preferable to have one first convex portion 5 so as to surround the first measurement electrode 3. This is because the possibility that the lid 13 is displaced with respect to the insulating substrate 7 is reduced, and the sealing performance of the space 17 can be improved.
  • At least one of the first convex portion 5 and the second convex portion 11 is annular. This is because the lid 13 can be easily positioned with respect to the insulating substrate 7. Thereby, the possibility that the lid 13 is displaced with respect to the insulating substrate 7 can be reduced. In particular, when both the first convex portion and the second convex portion are annular, the possibility that the lid 13 is displaced with respect to the insulating substrate 7 can be further reduced.
  • the outer side surface of the annular first convex portion 5 and the inner side surface of the annular second convex portion 11 are joined via the joining member 15. Since the bonding area between the insulating substrate 7 and the lid body 13 can be increased, the bonding property between the insulating substrate 7 and the lid body 13 can be improved.
  • the joining member 15 is continuously disposed over the entire circumference between the side surface of the first convex portion 5 and the side surface of the second convex portion 11.
  • the entire outer surface of the first protrusion 5 and the entire inner surface of the second protrusion 11 are bonded by the bonding member 15, so that the bonding property by the bonding member 15 is improved. It is because the sealing performance of the space 17 can be enhanced while increasing the height.
  • the space 17 is sealed by joining the entire outer surface of the first convex portion 5 and the entire inner surface of the annular second convex portion 11 using the joining member 15.
  • the space 17 may be sealed by separately covering the entire outer surface of the package 1 with the sealing resin using a sealing resin.
  • the first convex portion 5 is located closer to the center side of the package 1 than the second convex portion 11, and the inner surface of the second convex portion 11 and the first convex portion 5 The outer side faces.
  • the 1st convex part 5 is located in the side of the package 1 rather than the 2nd convex part 11, and the 2nd convex part 11 of It is preferable that the outer surface and the inner surface of the first convex portion 5 face each other. Since the 1st convex part 5 can be visually recognized when arrange
  • the insulating substrate 7 a member having good insulating properties such as ceramics and insulating resin can be used. Specifically, for example, an alumina (Al 2 O 3 ) sintered body and a zirconia (ZrO 2 ) sintered body can be used. Thus, by using ceramics as the insulating substrate 7, the package 1 having excellent acid resistance and heat resistance can be obtained. Therefore, when the package 1 is used in a gas containing an oxide such as hydrogen chloride (HCl), sulfur oxide (SOx), or nitrogen oxide (NOx), or the package 1 is used in a high-temperature gas. Even in this case, the package 1 can be made highly reliable.
  • HCl hydrogen chloride
  • SOx sulfur oxide
  • NOx nitrogen oxide
  • the side surface of the first convex portion 5 and the side surface of the second convex portion 11 face each other, the top portion of the second convex portion 11 is separated from the insulating base 7, and the first The top of the projection 5 is in contact with the lid 13.
  • the external pressure can be measured by the deformation of the lid 13 due to the difference between the internal pressure and the external pressure. Since at least one of the top portion of the first convex portion 5 and the lid body 13 and the top portion of the second convex portion 11 and the insulating base body 7 are in contact with each other, direct stress is applied from the lid body 13 to the insulating base body 7. Is transmitted. Therefore, transmission of stress from the lid 13 to the bonding member 15 is suppressed. As a result, the joining member 15 is suppressed from being greatly plastically deformed.
  • the top portion of the first convex portion 5 and the lid body 13 are in contact with each other, and the top portion of the second convex portion 11 is in contact with the insulating base body 7. More preferably. This is because the contact surface between the insulating base 7 and the lid 13 in the direction perpendicular to the direction in which the stress is applied can be made larger. Even when the insulating body 7 is deformed due to the stress of the lid 13, the possibility that a large stress is locally applied to a part of the contact surface between the insulating base 7 and the lid 13 is further reduced. can do.
  • a member having good insulating properties such as ceramics and insulating resin can be used.
  • alumina sintered body and a zirconia sintered body can be used.
  • substrate 7 and the material which comprises the cover body 13 may differ from each other, it is preferable that these materials are the same. Since the material constituting the insulating base 7 and the material constituting the lid 13 are the same material, the deviation of these thermal expansion coefficients can be reduced. Therefore, even when heat is applied to the package 1 at the time of manufacture and use, the deformation generated in the package 1 can be reduced.
  • the package 1 of this embodiment includes a joining member 15 that is located between the insulating base 7 and the lid 13 and joins the insulating base 7 and the lid 13. At this time, the joining member 15 is required to be positioned at least between the side surface of the first convex portion 5 and the side surface of the second convex portion 11. Thereby, even if it is a case where it is used for a long time, the package 1 which has high reliability can be provided.
  • the bonding member 15 may be any member that can bond the insulating substrate 7 and the lid 13, and specifically, a brazing material containing Au, Ag, Cu, Zn, Sn, and alloys thereof, In addition, a glass member can be used. By disposing such a member between the insulating base 7 and the lid body 13 and heating and melting it, the insulating base body 7 and the lid body 13 can be joined via the joining member 15.
  • the package 1 of the present embodiment includes the first measurement electrode 3 disposed on the main surface of the insulating substrate 7.
  • the package 1 of the present embodiment includes a second measurement electrode 9 disposed on the back surface of the lid 13 so as to face the first measurement electrode 3.
  • a member having good conductivity Specifically, metals such as Al, Ag, Au, Pt, Ti, Cr, and Cu can be used.
  • the package 1 of this embodiment includes a pressure detection element 19 disposed on the main surface of the insulating substrate 7 as compared with the package 1 of the first embodiment.
  • a space 17 is formed between the insulating substrate 7 and the lid body 13 as in the package 1 of the first embodiment.
  • the pressure detection element 19 is located inside the space 17. Also by providing such a pressure detection element 19, the external pressure can be measured by measuring the amount of change in the internal pressure in the space 17.
  • a crystal resonator can be used as the pressure detection element 19, specifically.
  • the frequency per unit time of the crystal unit changes.
  • the lid 13 is deformed due to the difference between the external pressure and the internal pressure in the space 17 and the internal pressure in the space 17 changes, the frequency per unit time of the crystal resonator changes.
  • the external pressure can be measured by measuring the frequency of the crystal resonator.
  • a pressure sensor package 1 according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Unless otherwise specified, the same members as those of the package 1 according to the first embodiment can be used.
  • the thickness D1 at the base end portion of the first convex portion 5 is smaller than that of the first convex portion 5 as compared with the package 1 of the first embodiment.
  • the thickness D2 is larger than the thickness D2.
  • the first convex portion 5 is arranged such that the inner side surface at the base end portion of the first convex portion 5 is closer to the center of the insulating base 7 than the inner side surface at the distal end portion of the first convex portion 5.
  • the inner surface of the part 5 is inclined.
  • the 1st convex part 5 is said structure, even if it is a case where a big pressure acts on the cover body 13, it is suppressed that the cover body 13 deform
  • the inner surface of the first convex portion 5 may be linearly inclined as shown in FIG. 9B, but may be inclined in a curved shape.
  • the main surface of the insulating substrate 7 is not limited to the above shape, and may be U-shaped as shown in FIG. 9B in a cross section perpendicular to the main surface of the insulating substrate 7.
  • a pressure sensor package 1 according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Unless otherwise specified, the same members as those of the package 1 according to the first embodiment can be used.
  • the package 1 of the present embodiment has an opening 21 when the first measurement electrode 3 is viewed in a plan view.
  • the lid 13 When a large stress is applied to the lid 13 during use of the pressure sensor, the lid 13 may be greatly deformed, and the second measurement electrode 9 may come into contact with the main surface of the insulating substrate 7. At this time, there is a possibility that the first measurement electrode 3 and the second measurement electrode 9 come into contact with each other to cause an electrical short circuit. However, when the first measurement electrode 3 has the above structure, the second measurement electrode 9 contacts the opening 21. Therefore, it can suppress that the 1st measurement electrode 3 and the 2nd measurement electrode 9 contact.
  • the lid 13 can be deformed more greatly. Therefore, even when a large external pressure is applied to the package 1, the external pressure can be measured.
  • the first measurement electrode 3 has the opening 21, but the second measurement electrode 9 may have the opening 21. In such a case as well, it is possible to suppress the contact between the first measurement electrode 3 and the second measurement electrode 9 as in the above embodiment.
  • a pressure sensor package 1 according to a fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Unless otherwise specified, the same members as those of the package 1 according to the first embodiment can be used.
  • the package 1 of the present embodiment is different from the package 1 of the first embodiment in the following points.
  • the lid body 13 When the lid body 13 is viewed in plan, the lid body 13 has a portion whose thickness is smaller than the thickness of the outer peripheral portion of the area in the region located inside the first convex portion 5 and the second convex portion 11. Have. Specifically, the lid 13 has a shape in which the thickness L2 at the center portion is smaller than the thickness L1 at the outer peripheral portion.
  • the internal pressure of the space 17 changes as the lid 13 is deformed due to the difference between the internal pressure and the external pressure. More specifically, the internal pressure of the space 17 changes when the area
  • Examples of the shape of the lid 13 for obtaining the above-described effects include, for example, a shape in which the lid 13 has concave portions on the main surface and the back surface as shown in FIG. 11A. As described above, the lid 13 has the concave portions on the main surface and the back surface, so that the thickness at the central portion can be made smaller than the thickness at the outer peripheral portion.
  • the lid 13 is not limited to the shape shown in FIG. 11A, but may have a shape having a recess on the main surface as shown in FIG. 11B. As shown to FIG. 11C, it is good also as a shape which has a recessed part in a back surface. As shown in FIGS. 11B and 11C, the lid 13 has a recess on one of the main surface and the back surface, so that the thickness at the central portion can be made smaller than the thickness at the outer peripheral portion.
  • the surface of the concave portion formed on at least one of the main surface and the back surface of the lid 13 has a curved surface.
  • the surface of the recess has a curved shape when the recess is viewed in cross section.
  • a mixing member is prepared by mixing a raw material powder containing glass powder and ceramic powder, an organic solvent, and a binder.
  • alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), or calcium oxide (CaO) can be used as the raw material powder.
  • a plurality of ceramic green sheets are produced by forming the mixing member into a sheet.
  • a plurality of laminated bodies are produced by laminating the produced ceramic green sheets.
  • the insulating base 7 and the lid 13 are produced by firing the plurality of laminated bodies.
  • a metal paste is disposed on some ceramic green sheets in these ceramic green sheets. Thereby, the 1st measurement electrode 3, the 2nd measurement electrode 9, and the internal wiring 23 electrically connected with the 1st measurement electrode 3 and the 2nd measurement electrode 9 can be formed.
  • the first convex portion 5 is formed on the main surface of the insulating substrate 7.
  • the first convex portion 5 can be easily formed on the main surface of the insulating substrate 7.
  • a second protrusion 11 is formed on the back surface of the lid 13.
  • the second convex portion 11 can be easily placed on the main surface of the insulating substrate 7 by laminating ceramic green sheets punched into a shape that becomes the second convex portion 11. Can be formed.
  • a region surrounded by the main surface of the insulating base 7, the back surface of the lid 13, and the inner surface of the first protrusion 5 or the inner surface of the second protrusion 11 is a space 17.
  • the shape of the space 17 is preferably substantially circular.
  • the first convex portion 5 and the second convex portion 11 are formed so as to have an annular shape. Thereby, a corner
  • the lid 13 is disposed on the main surface of the insulating base 7 so that the side surface of the second convex portion 11 faces the side surface of the first convex portion 5.
  • the inner surface of the second convex portion 11 faces the outer surface of the first convex portion 5.
  • the outer surface of the second convex portion 11 faces the inner surface of the first convex portion 5.
  • the bonding member 15 may be any member that can bond the insulating base 7 and the lid body 13.
  • the atmosphere in the furnace is preferably a reducing atmosphere or a vacuum atmosphere.
  • the pressure inside the space 17 is determined by the temperature and atmosphere when the insulating substrate 7 and the lid 13 are joined. Therefore, the pressure inside the space 17 can be determined by adjusting the temperature and atmosphere in the furnace at the time of joining.
  • the 1st convex part 5 and the 2nd convex part 11 are cyclic
  • the joining member 15 is continuous over the perimeter between the side surface of the 1st convex part 5, and the 2nd convex part 11 continuously. It is preferable to be provided.
  • the annular first convex portion 5 and the annular second convex portion 11 are continuously joined over the entire circumference, the following effects are obtained. Even when a large pressure is applied to the lid 13, the joining member 15 is disposed over the entire circumference of the joining surface between the annular first convex portion 5 and the annular second convex portion 11. Therefore, the possibility that stress is locally concentrated on the bonding member 15 can be reduced.
  • a hole 25 for connecting the space 17 and the external space may be provided for adjusting the internal pressure in the space 17.
  • a gas having a predetermined pressure is injected or sucked into the space 17 from the hole 25.
  • the hole 25 is closed with a sealing member 27.
  • the inside of the space 17 can be filled with a gas having a predetermined pressure.
  • a brazing material and solder can be used as the sealing member 27 that closes the hole 25, for example.
  • the inside of the space 17 formed by the insulating base 7 and the lid 13 is filled with a gas having a vacuum or a reference pressure.
  • the vacuum means a space state whose pressure is lower than the standard atmospheric pressure.
  • the lid 13 is deformed to the main surface side of the insulating substrate 7 by applying an external pressure of 1 atm or more to the lid 13.
  • the first measurement electrode 3 is disposed on the main surface of the insulating base 7 and on the bottom surface of the space 17.
  • a second measurement electrode 9 is disposed on the back surface of the lid 13 and on the upper surface of the space 17.
  • the first measurement electrode 3 and the second measurement electrode 9 are arranged so that at least a part thereof faces each other.
  • the capacitive pressure sensor package 1 can be manufactured.
  • the wiring for electrically connecting the first measurement electrode 3 and the second measurement electrode 9 and an external power source is not particularly limited as long as it is a member that can electrically connect these elements. .
  • the wiring it is preferable that the internal wiring 23 is not exposed on the surface of the insulating substrate 7 as in the package 1 of the present embodiment. This is because corrosion of the internal wiring 23 due to the outside air is suppressed, so that the first measurement electrode 3 and the second measurement electrode 9 can be energized stably.
  • a concave portion 17a is formed in the first convex portion 5, and the second measuring electrode 9 is electrically connected to the surface of the concave portion 17a.
  • a connecting conductor 29 is preferably provided. The connecting conductor 29 can be provided without reducing the area where the first measurement electrode 3 is provided on the bottom surface of the space 17 (the main surface of the insulating substrate 7 in the present embodiment).
  • the pressure sensor 31 of this embodiment is electrically connected to the pressure sensor package 1 typified by the above embodiment, and the first measurement electrode 3 and the second measurement electrode 9. And an electronic component 33 for detecting pressure.
  • the electronic component 33 is electrically connected to the first measurement electrode 3 and the second measurement via a connection means 35 such as a bonding wire.
  • a connection means 35 such as a bonding wire.
  • the electronic component 33 is disposed on the back surface of the insulating substrate 7, but is electrically connected to the electrode disposed on the main surface of the insulating substrate 7. As long as it is made, it is not particularly limited to the back surface of the insulating substrate 7.
  • the pressure sensor 31 may be provided with a circuit for inputting / outputting a signal from the sensor.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and combinations of embodiments may be made without departing from the scope of the present invention.
  • shape of the insulating substrate 7 specifically, various shapes such as a cylinder, a rectangular parallelepiped, and a cube can be used.

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Abstract

　本発明の圧力センサ用パッケージの一態様では、絶縁性基体の主面上に配設された第１の凸部の側面と蓋体の裏面上に配設された第２の凸部の側面とが接合部材により接合されている。これにより、接合部材が大きく塑性変形することが抑制されるので、圧力センサの測定精度を高い精度で維持することが可能となる。

Description

圧力センサ用パッケージ及びこれを用いた圧力センサ
　本発明は、絶縁性基体と、外部からの圧力が加わることにより変位する蓋体と、を備え、絶縁性基体と蓋体との間に空間が形成された圧力センサ用パッケージ及びこれを用いた圧力センサに関する。
　従来、気体の圧力を検知するため圧力センサが用いられている。この圧力センサを構成する圧力センサ用パッケージとして、特許文献１に開示されているように、セラミックス製のパッケージ本体（絶縁性基体）及びダイアフラム（蓋体）を備えたものが用いられている。特許文献１に開示されている圧力センサ用パッケージにおいては、セラミックス製のスペーサ及びＡｇ－Ｃｕの共晶合金からなる接合部材を介してパッケージ本体と蓋体とを接合している。
　特許文献１に開示された圧力センサ用パッケージにおけるパッケージ本体及びダイアフラムは、互いに対向する面において接合部材を介して接合される。これらの対向する面は、ダイアフラムに加わる圧力に対して垂直である。そのため、ダイアフラムに外圧が加わった場合、接合部材がダイアフラムに押圧される。圧力センサを長期間使用した場合、接合部材には、ダイアフラムから繰り返し押圧力が加えられる。そのため、接合部材が大きく塑性変形して、絶縁性基体と蓋体との間に形成された密閉空間内に配設された一対の測定電極の間隔が小さくなる可能性がある。結果として、圧力の測定精度が低下する可能性がある。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、長期間使用した場合であっても測定精度の低下が抑制される圧力センサ用パッケージ及び圧力センサを提供することを目的とする。
特開２００３－２０７４０７号公報
　本発明の圧力センサ用パッケージにかかる一態様は、主面上に第１の測定電極および該第１の測定電極を取り囲む第１の凸部が配設された絶縁性基体と、主面上に前記第１の測定電極に対向する第２の測定電極および該第２の測定電極を取り囲む環状の第２の凸部が配設された蓋体と、前記絶縁性基体と前記蓋体とを接合する接合部材と、を備えている。前記第１の凸部の側面と前記第２の凸部の側面とが前記接合部材により接合されている。前記絶縁性基体及び前記蓋体で囲まれた空間が密閉されている。
本発明の第１の実施形態にかかる圧力センサ用パッケージを示す分解斜視図である。 図１Ａに示す実施形態における蓋体の裏面側からの斜視図である。 図１に示す実施形態の平面図である。 図２ＡにおけるＡ－Ａ断面図である。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例にかかる圧力センサ用パッケージを示す分解斜視図である。 図３Ａに示す実施形態におけるダイアフラムの裏面側からの斜視図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例にかかる圧力センサ用パッケージを示す分解斜視図である。 図４Ａに示す実施形態におけるダイアフラムの裏面側からの斜視図である。 本発明の第１の実施形態の第３の変形例にかかる圧力センサ用パッケージを示す分解斜視図である。 図５Ａに示す実施形態における蓋体の裏面側からの斜視図である。 図５に示す実施形態の断面図である。 図１に示す実施形態の第４の変形例にかかる圧力センサ用パッケージを示す断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ用パッケージを示す断面図である。 本発明の第３の実施形態にかかる圧力センサ用パッケージを示す断面図である。 図９Ａに示す実施形態におけるダイアフラムが変形した状態を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態にかかる圧力センサ用パッケージを示す分解斜視図である。 図１０Ａに示す実施形態におけるダイアフラムを除いた状態における平面図である。 本発明の第５の実施形態にかかる圧力センサ用パッケージにおけるダイアフラムの断面図である。 図１１Ａに示す実施形態の第１の変形例におけるダイアフラムの断面図である。 図１１Ａに示す実施形態の第２の変形例におけるダイアフラムの断面図である。 本発明の一実施形態にかかる圧力センサを示す断面図である。
　以下、本発明の圧力センサ用パッケージについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１Ａ及びＢ、図２Ａ及びＢに示すように、第１の実施形態の圧力センサ用パッケージ１（以下、単にパッケージ１ともいう）は、主面上に第１の測定電極３および第１の測定電極３を取り囲む第１の凸部５が配設された絶縁性基体７と、主面上（本実施形態における裏面上）に第１の測定電極３に対向する第２の測定電極９および第２の測定電極９を取り囲む第２の凸部１１が配設された蓋体１３と、絶縁性基体７と蓋体１３とを接合する接合部材１５と、を備えている。第１の凸部５の側面と第２の凸部１１の側面とが接合部材１５により接合されている。絶縁性基体７及び蓋体１３で囲まれた空間１７が密閉されている。
　絶縁性基体７及び蓋体１３で囲まれた空間１７における気圧を内圧、外部空間における気圧を外圧とする。これらの内圧と外圧の圧力の違いによって蓋体１３が変形することにより、第１の測定電極３と第２の測定電極９の間との距離が変化する。そのため、第１の測定電極３と第２の測定電極９との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化量を測定することにより、外圧を測定することができる。
　前述したように、絶縁性基体７における第１の凸部５の側面と蓋体１３における第２の凸部１１の側面とが接合部材１５により接合されている。そのため、パッケージ１を長期間使用した場合であっても、蓋体１３に加わる圧力によって接合部材１５が押圧されることが抑制される。これにより、接合部材１５が大きく塑性変形することが抑制されるので、第１の測定電極３と第２の測定電極９との間隔が小さくなることが抑制される。結果として、圧力センサの測定精度を高い精度で維持することが可能となる。
　なお、図３Ａ及びＢ、図４Ａ及びＢに示すように、絶縁性基体７が互いに離隔する複数の第１の凸部５を有していてもよいが、本実施形態のパッケージのように、第１の測定電極３を取り囲むように一つの第１の凸部５を有していることが好ましい。絶縁性基体７に対して蓋体１３が位置ずれを起こす可能性が低減され、空間１７の封止性を高めることができるからである。
　第１の凸部５及び第２の凸部１１は、少なくとも一方が環状であることが好ましい。絶縁性基体７に対して蓋体１３の位置決めを容易に行うことができるからである。これにより、絶縁性基体７に対して蓋体１３が位置ずれを起こす可能性を低減することができる。特に、第１の凸部及び第２の凸部の両方が環状である場合には、絶縁性基体７に対して蓋体１３が位置ずれを起こす可能性をより低減することができる。
　また、環状の第１の凸部５の外側面と環状の第２の凸部１１の内側面とが接合部材１５を介して接合されていることが好ましい。絶縁性基体７と蓋体１３との接合面積を大きくすることができるので、絶縁性基体７と蓋体１３との接合性を高めることができる。
　接合部材１５が、第１の凸部５の側面と第２の凸部１１の側面との間の全周にわたって連続的に配設されていることが好ましい。本実施形態のパッケージ１のように、第１の凸部５の外側面全体と第２の凸部１１の内側面全体が接合部材１５により接合されていることにより、接合部材１５による接合性を高めるとともに空間１７の封止性を高めることができるからである。
　本実施形態のパッケージ１では、接合部材１５を用いて第１の凸部５の外側面全体と環状の第２の凸部１１の内側面全体とが接合されることにより、空間１７が封止されているが、これに限られるものではない。例えば、別途、封止樹脂を用いて、パッケージ１の外側面全体をこの封止樹脂で被覆することにより、空間１７を封止しても良い。
　図１Ａに示す実施形態においては、第１の凸部５が第２の凸部１１よりもパッケージ１の中心側に位置し、第２の凸部１１の内側面と第１の凸部５の外側面が対向している。しかしながら、本実施形態の第２及び第３の変形例のように、第１の凸部５が第２の凸部１１よりもパッケージ１の側面側に位置して、第２の凸部１１の外側面と第１の凸部５の内側面が対向していることが好ましい。蓋体１３を絶縁性基体７の主面上に配設するときに、第１の凸部５を視認できるので、絶縁性基体７に対して蓋体１３の位置決めをより容易に行うことができるからである。
　絶縁性基体７としては、セラミックス及び絶縁性樹脂のように絶縁性の良好な部材を用いることができる。具体的には、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体及びジルコニア（ＺｒＯ２）質焼結体を用いることができる。このように絶縁性基体７としてセラミックスを用いることにより、耐酸性及び耐熱性に優れたパッケージ１とすることができる。そのため、塩化水素（ＨＣｌ）、イオウ酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）のような酸化物が含まれる気体中においてパッケージ１を使用した場合、或いは、高温の気体中においてパッケージ１を使用した場合であっても、パッケージ１を高い信頼性を有するものとすることができる。
　図７に示す実施形態においては、第１の凸部５の側面と第２の凸部１１の側面が対向し、第２の凸部１１における頂部が絶縁性基体７から離隔するとともに、第１の凸部５における頂部が蓋体１３と当接している。このように、第１の凸部５における頂部と蓋体１３、及び、第２の凸部１１における頂部と絶縁性基体７の少なくとも一方が互いに当接していることが好ましい。
　既に示したように、内圧と外圧の圧力の違いによって蓋体１３が変形することにより、外圧を測定することができる。第１の凸部５における頂部と蓋体１３、及び、第２の凸部１１における頂部と絶縁性基体７の少なくとも一方が当接していることにより、蓋体１３から絶縁性基体７へ直接応力が伝わる。そのため、蓋体１３から接合部材１５への応力の伝達が抑制される。結果として、接合部材１５が大きく塑性変形することが抑制される。
　本実施形態における絶縁性基体７及び蓋体１３のように、第１の凸部５における頂部と蓋体１３が当接するとともに、第２の凸部１１における頂部と絶縁性基体７と当接していることがより好ましい。上記応力の加わる方向に対して垂直な方向での絶縁性基体７と蓋体１３の当接面をより大きくすることができるからである。蓋体１３が上記の応力により、絶縁性基体７が変形した場合であっても、絶縁性基体７と蓋体１３の当接面の一部に局所的に大きな応力が加わる可能性をより低減することができる。
　蓋体１３としては、絶縁性基体７と同様に、セラミックス及び絶縁性樹脂のように絶縁性の良好な部材を用いることができる。具体的には、例えば、アルミナ質焼結体及びジルコニア質焼結体を用いることができる。絶縁性基体７を構成する材料と蓋体１３を構成する材料が互いに異なる材料であっても良いが、これらの材料は同じであることが好ましい。絶縁性基体７を構成する材料と蓋体１３を構成する材料とが同じ材料であることにより、これらの熱膨張係数のずれを小さくすることができる。そのため、製造時及び使用時にパッケージ１に熱が加わった場合であっても、パッケージ１に生じる変形を小さくすることができる。
　本実施形態のパッケージ１は、絶縁性基体７と蓋体１３との間に位置し、絶縁性基体７と蓋体１３とを接合する接合部材１５を備えている。このとき、接合部材１５が、少なくとも第１の凸部５の側面と第２の凸部１１の側面との間に位置していることが求められる。これにより、長時間使用した場合であっても高い信頼性を有するパッケージ１を提供することができる。
　接合部材１５としては、絶縁性基体７と蓋体１３を接合することができる部材であればよく、具体的には、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎ及びこれらの合金を含有するロウ材、並びにガラス部材を用いることができる。このような部材を絶縁性基体７と蓋体１３との間に配設するとともに加熱溶融することにより、接合部材１５を介して絶縁性基体７と蓋体１３とを接合することができる。
　本実施形態のパッケージ１は、絶縁性基体７の主面上に配設された第１の測定電極３を備えている。本実施形態のパッケージ１は、第１の測定電極３と対向するように蓋体１３の裏面上に配設された第２の測定電極９を備えている。第１の測定電極３及び第２の測定電極９としては、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。具体的には、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ及びＣｕのような金属を用いることができる。
　次に、第２の実施形態にかかる圧力センサ用パッケージ１について図面を用いて詳細に説明する。特に明示しない限りは、第１の実施形態にかかるパッケージ１と同様の部材を用いることができる。
　図８に示すように、本実施形態のパッケージ１は、第１の実施形態のパッケージ１と比較して、絶縁性基体７の主面上に配設された圧力検出素子１９を備えている。本実施形態のパッケージ１は、第１の実施形態のパッケージ１と同様に、絶縁性基体７と蓋体１３との間に空間１７が形成されている。圧力検出素子１９は、この空間１７の内部に位置している。このような圧力検出素子１９を備えていることによっても、上記の空間１７における内圧の変化量を測定することにより外圧を測定することができる。
　圧力検出素子１９としては、具体的には水晶振動子を用いることができる。水晶振動子に加わる圧力が変化することにより、水晶振動子の単位時間当たりの振動数が変化する。外圧と空間１７における内圧の圧力の違いによって蓋体１３が変形して空間１７の内圧が変化した場合、水晶振動子の単位時間当たりの振動数が変化する。水晶振動子の振動数を測定することにより、外圧を測定することができる。
　次に、本発明の第３の実施形態にかかる圧力センサ用パッケージ１について図面を用いて詳細に説明する。特に明示しない限りは、第１の実施形態にかかるパッケージ１と同様の部材を用いることができる。
　図９Ａ及びＢに示すように、本実施形態のパッケージ１では、第１の実施形態のパッケージ１と比較して、第１の凸部５の基端部分における厚みＤ１が第１の凸部５の先端部分における厚みＤ２よりも大きい。具体的には、第１の凸部５の基端部分における内側面が、第１の凸部５の先端部分における内側面よりも絶縁性基体７の中心に近くなるように、第１の凸部５の内側面が傾斜している。第１の凸部５が上記の構造であることから、蓋体１３に大きな圧力が作用した場合であっても蓋体１３が大きく変形することが抑制される。具体的には、図９Ｂに示すように、第１の凸部５の内側面に蓋体１３が接触することにより、蓋体１３が大きく撓むことを抑制できる。そのため、蓋体１３が破損する可能性を抑制できる。
　第１の凸部５の内側面は、図９Ｂに示すように直線状に傾斜していてもよいが、曲線状に傾斜していてもよい。絶縁性基体７の主面は上記形状に限定されるものではなく、絶縁性基体７の主面に対して垂直な断面において、図９Ｂに示すようにＵ字状となっていてもよい。
　次に、本発明の第４の実施形態にかかる圧力センサ用パッケージ１について図面を用いて詳細に説明する。特に明示しない限りは、第１の実施形態にかかるパッケージ１と同様の部材を用いることができる。
　図１０Ａ及びＢに示すように、本実施形態のパッケージ１は、第１の実施形態のパッケージ１と異なり、第１の測定電極３が、平面視した場合に開口部２１を有している。
　圧力センサの使用時において蓋体１３に大きな応力が加わった場合、蓋体１３が大きく変形することにより、第２の測定電極９が絶縁性基体７の主面に当接する可能性がある。この時、第１の測定電極３と第２の測定電極９とが接触して電気的な短絡が生じる可能性がある。しかしながら、第１の測定電極３が上記の構造である場合には、第２の測定電極９が開口部２１と当接する。そのため、第１の測定電極３と第２の測定電極９とが接触することを抑制することができる。
　第１の測定電極３と第２の測定電極９とが接触することを抑制することができることから、蓋体１３をより大きく変形させることができる。そのため、大きな外圧がパッケージ１に加わる場合においても、外圧の測定を行うことができる。
　なお、本実施形態においては第１の測定電極３が開口部２１を有しているが、第２の測定電極９が開口部２１を有していてもよい。このような場合も上記実施形態と同様に第１の測定電極３と第２の測定電極９とが接触することを抑制することができるからである。
　次に、本発明の第５の実施形態にかかる圧力センサ用パッケージ１について図面を用いて詳細に説明する。特に明示しない限りは、第１の実施形態にかかるパッケージ１と同様の部材を用いることができる。
　図１１Ａ～Ｃに示すように、本実施形態のパッケージ１は、第１の実施形態のパッケージ１と比較して下記の点で異なっている。蓋体１３を平面視した場合に第１の凸部５及び第２の凸部１１よりも内側に位置する領域において、蓋体１３が、この領域の外周部分における厚みよりも厚みの小さい部分を有している。具体的には、蓋体１３は外周部分における厚みＬ１よりも中心部分における厚みＬ２が小さい形状となっている。
　本実施形態のパッケージ１においては、内圧と外圧の圧力の違いによって蓋体１３が変形することにより、空間１７の内圧が変化する。より具体的には、蓋体１３の第１の凸部５及び第２の凸部１１よりも内側に位置する領域が変形することにより、空間１７の内圧が変化する。この領域の中央部分における厚みが、この領域の周縁部分における厚みよりも小さい場合には、蓋体１３が変形しやすくなる。そのため、蓋体１３が破損する可能性を低減することができる。
　上記の作用効果を得るための蓋体１３の形状としては、例えば、図１１Ａに示すように、蓋体１３が主面及び裏面に凹部を有する形状が挙げられる。このように蓋体１３が主面及び裏面に凹部を有することによって、外周部分における厚みよりも中心部分における厚みが小さい形状とすることができる。
　蓋体１３は、図１１Ａに示す形状だけでなく、図１１Ｂに示すように、主面に凹部を有する形状としてもよい。図１１Ｃに示すように、裏面に凹部を有する形状としてもよい。図１１Ｂ及びＣに示すように、蓋体１３が主面又は裏面の一方に凹部を有することによっても、外周部分における厚みよりも中心部分における厚みが小さい形状とすることができる。
　また、蓋体１３の主面及び裏面の少なくとも一方に形成される凹部は表面が曲面形状であることが好ましい。言い換えれば、図１１に示すように、凹部を断面視した場合に、凹部の表面が曲線形状であることが好ましい。これにより、蓋体１３が変形した場合に、蓋体１３の変形に伴う応力が凹部の表面の一部に局所的に集中する可能性を低減することができる。
　次に、本発明にかかる圧力センサ用パッケージ１の製造方法について説明する。
　まず、ガラス粉末及びセラミック粉末を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることにより混合部材を作製する。原料粉末としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）を用いることができる。混合部材をシート状に成形することにより複数のセラミックグリーンシートを作製する。作製された複数のセラミックグリーンシートを積層することにより複数の積層体を作製する。複数の積層体をそれぞれ焼成することにより絶縁性基体７及び蓋体１３を作製する。
　複数のセラミックグリーンシートを積層する際に、これらのセラミックグリーンシートにおける一部のセラミックグリーンシート上に金属ペーストを配設する。これにより、第１の測定電極３、第２の測定電極９、並びに、第１の測定電極３及び第２の測定電極９と電気的に接続される内部配線２３を形成することができる。
　絶縁性基体７の主面上には第１の凸部５が形成される。第１の凸部５となる形状に打ち抜かれたセラミックグリーンシートを積層することにより、容易に第１の凸部５を絶縁性基体７の主面上に形成することができる。蓋体１３の裏面上には第２の凸部１１が形成される。第１の凸部５と同様に、第２の凸部１１となる形状に打ち抜かれたセラミックグリーンシートを積層することにより、容易に第２の凸部１１を絶縁性基体７の主面上に形成することができる。絶縁性基体７の主面、蓋体１３の裏面並びに第１の凸部５の内側面若しくは第２の凸部１１の内側面により囲まれた領域が空間１７となる。
　平面視した場合に空間１７の形状が略円形状であることが好ましい。言い換えれば、円環状となるように第１の凸部５及び第２の凸部１１が形成されることが好ましい。これにより、平面視した場合に、蓋体１３に角部が形成されなくなる。そのため、蓋体１３に圧力が作用した場合に蓋体１３の特定箇所に応力が集中することが抑制される。これにより、蓋体１３にクラックが生じる可能性を抑制できる。
　次に、絶縁性基体７と蓋体１３との接合方法について説明する。
　まず、第２の凸部１１の側面が第１の凸部５の側面と対向するように絶縁性基体７の主面上に蓋体１３を配設する。具体的には、図１に示す実施形態においては、第２の凸部１１の内側面が第１の凸部５の外側面と対向している。図５に示す実施形態においては、第２の凸部１１の外側面が第１の凸部５の内側面と対向している。
　第１の凸部５と第２の凸部１１との間に絶縁性基体７と蓋体１３とを接合する接合部材１５を配設し、炉内で接合部材１５を加熱溶融させることによって、絶縁性基体７と蓋体１３とを接合する。接合部材１５としては、絶縁性基体７と蓋体１３を接合することができる部材であればよい。炉内の雰囲気は、還元雰囲気又は真空雰囲気であることが好ましい。
　空間１７の内部の圧力は、絶縁性基体７と蓋体１３とを接合する際の温度、雰囲気によって決定される。そのため、接合時の炉内の温度、雰囲気を調整することによって、空間１７の内部の圧力を決定することができる。
　また、第１の凸部５及び第２の凸部１１が環状であって、接合部材１５が第１の凸部５の側面と第２の凸部１１の側面間の全周にわたって連続的に設けられていることが好ましい。環状の第１の凸部５と環状の第２の凸部１１とが全周にわたって連続的に接合されている場合には、次のような効果がある。蓋体１３に対して大きな圧力が作用した場合であっても、接合部材１５が環状の第１の凸部５と環状の第２の凸部１１との接合面全周に渡って配設されているので、接合部材１５に局所的に応力が集中する可能性を低減することができる。
　図２Ｂに示すように、空間１７における内部圧力の調整用として、空間１７と外部空間とをつなぐための孔２５を設けておいてもよい。絶縁性基体７と蓋体１３とを接合した後、この孔２５から空間１７の内部に所定の圧力の気体を注入または吸引する。そして、この孔２５を封止部材２７で塞ぐ。これにより、空間１７の内部を所定の圧力の気体で満たすことができる。孔２５を塞ぐ封止部材２７としては、例えば、ロウ材及び半田を用いることができる。
　絶縁性基体７と蓋体１３とによって形成された空間１７の内部は、真空または基準となる圧力の気体が充填されている。ここで、真空とは、標準大気圧より圧力が低い空間状態のことをいう。例えば、空間１７の内部に１気圧の気体が充填されている場合、１気圧以上の外圧が蓋体１３に加わることによって、蓋体１３が絶縁性基体７の主面側に変形する。
　絶縁性基体７の主面上であって空間１７の底面となる部分には第１の測定電極３が配設される。また、蓋体１３の裏面上であって空間１７の上面となる部分には第２の測定電極９が配設される。第１の測定電極３及び第２の測定電極９は少なくとも一部が互いに対向するように配設されている。このような第１の測定電極３及び第２の測定電極９を備えていることにより、静電容量型の圧力センサ用パッケージ１を作製することができる。第１の測定電極３及び第２の測定電極９としては、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。これらの電極は、別途形成された導体層を配設することにより形成される。また、これらの電極は、メタライズ形成法や薄膜蒸着法によっても形成される。以上により、本実施形態のパッケージ１を作製することができる。
　第１の測定電極３および第２の測定電極９と外部電源（非図示）とを電気的に接続する配線としては、これらの要素を電気的に接続することができる部材であれば特に限定されない。配線としては、本実施形態のパッケージ１のように、絶縁性基体７の表面に露出しない内部配線２３とすることが好ましい。外気による内部配線２３の腐食が抑制されるので、第１の測定電極３および第２の測定電極９に安定して通電することができるからである。
　このとき、図１Ａ及びＢ、図２Ａ及びＢに示すように、第１の凸部５に凹部１７ａを形成するとともに、この凹部１７ａの表面に第２の測定電極９と電気的に接続される接続導体２９を配設することが好ましい。空間１７の底面（本実施形態における絶縁性基体７の主面）における第１の測定電極３の配設される領域を小さくすることなく、接続導体２９を配設することができる。
　次に、本発明の一実施形態にかかる圧力センサについて説明する。
　本実施形態の圧力センサ３１は、図１２に示すように、上記の実施形態に代表される圧力センサ用パッケージ１と、第１の測定電極３及び第２の測定電極９と電気的に接続され、圧力を検出するための電子部品３３と、を備えている。
　電子部品３３はボンディングワイヤのような接続手段３５を介して第１の測定電極３及び第２の測定とそれぞれ電気的に接続されている。外圧が加わることにより蓋体１３が変形した場合、第１の測定電極３と第２の測定電極９との間の静電容量の変化が電子部品３３に伝達される。そして、この電子部品３３において外圧の大きさが測定される。
　なお、本実施形態の圧力センサ３１においては、絶縁性基体７の裏面上に電子部品３３が配設されているが、絶縁性基体７の主面上に配設された電極と電気的に接続されていればよく、特に絶縁性基体７の裏面上に限定されるものではない。
　なお、第２の実施形態のパッケージ１のように、圧力検出素子１９を備えたパッケージ１を用いた場合、このパッケージ１と、圧力検出素子１９に電気的に接続され、圧力検出素子１９に外部から信号を入出力するための回路を備えた圧力センサ３１とすればよい。
　また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更や実施の形態の組み合わせを施すことは何等差し支えない。例えば、絶縁性基体７の形状としては、具体的には、円柱、直方体及び立方体のような種々の形状となし得る。
１・・・圧力センサ用パッケージ
３・・・第１の測定電極
５・・・第１の凸部
７・・・絶縁性基体
９・・・第２の測定電極
１１・・・第２の凸部
１３・・・蓋体
１５・・・接合部材
１７・・・密閉空間
１７ａ・・・凹部
１９・・・素子
２１・・・開口部
２３・・・内部配線
２５・・・孔
２７・・・封止部材
２９・・・接続導体
３１・・・圧力センサ
３３・・・電子部品
３５・・・接続手段

Claims (9)

  1. 　主面上に第１の測定電極および該第１の測定電極を取り囲む第１の凸部が配設された絶縁性基体と、
    　主面上に前記第１の測定電極に対向する第２の測定電極および該第２の測定電極を取り囲む第２の凸部が配設された蓋体と、
    　前記絶縁性基体と前記蓋体とを接合する接合部材と、を備え、
    　前記第１の凸部の側面と前記第２の凸部の側面とが前記接合部材により接合され、
    　前記絶縁性基体及び前記蓋体で囲まれた空間が密閉されていることを特徴とする圧力センサ用パッケージ。
  2. 　前記絶縁性基体の前記第１の凸部における頂部と、前記蓋体とが当接していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ用パッケージ。
  3. 　前記蓋体の前記第２の凸部における頂部と、前記絶縁性基体とが当接していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ用パッケージ。
  4. 　前記第１の凸部及び前記第２の凸部の少なくとも一方が環状であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ用パッケージ。
  5. 　前記第１の凸部及び前記第２の凸部の両方が環状であることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ用パッケージ。
  6. 　接合部材が、前記第１の凸部の側面と前記第２の凸部の側面との間の全周にわたって連続的に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ用パッケージ。
  7. 　前記第１の凸部は、基端部分における厚みが先端部分における厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ用パッケージ。
  8. 　前記蓋体は、前記第２の測定電極が配設された領域における厚みが、前記第２の測定電極が配設された領域と前記第２の凸部が形成された領域との間に位置する領域における厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ用パッケージ。
  9. 　請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の圧力センサ用パッケージと、前記第１の測定電極又は前記第２の測定電極と電気的に接続され、圧力を検出するための電子部品と、を備えた圧力センサ。
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