JP2002267559A - 静電容量式圧力センサ、センサ素子およびセンサ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大気中に開放されダイアフラムの起歪部が変
位しても電極どうしが互いに密着することがなく、製
造、出荷時の取り扱いが容易で、圧力レンジを広くとる
ことができ、また温度変化による影響が少なく、温度特
性を改善する。 【解決手段】 ダイアフラム２３の真空室３１側の面で
かつ起歪部２３Ａの中央に可動プレート２５を接合し、
この可動プレート２５の外周部と前記ダイアフラム２３
の固定部２３Ｂを互いに近接させて対向させるととも
に、これらの対向面に可動電極２７と固定電極２６を形
成し、基板２１、保持部材２２およびダイアフラム２３
によって囲まれた密閉空間を真空排気し、真空室３１と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定圧力の変化
を静電容量の変化として検出するダイアフラム構造の静
電容量式圧力センサに関し、特に真空室を備えた絶対圧
測定用の静電容量式圧力センサ、センサ素子およびセン
サ素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

【０００３】従来から、圧力計等に用いられる静電容量
式圧力センサとしては種々のものが知られている。その
一つに絶対圧測定用の静電容量式圧力センサ（以下、こ
のようなセンサを絶対圧センサという）がある。この絶
対圧センサは、被測定圧力の変化により容量値が変化す
るコンデンサ電極間のギャップを大気から隔絶するとと
もに、内部を真空にしたもので、通常図３３に示すよう
に構成されている。これを概略説明すると、絶対圧セン
サ１は、陽極接合されたシリコン基板２とガラス基板３
とを備え、これら両基板間に真空室４を形成している。
シリコン基板２は、被測定圧力Ｐ1 を受けると弾性変形
する薄肉の起歪部２Ａが形成されており、この起歪部２
Ａの表面側に可動電極５が設けられている。可動電極５
は、ガラス基板３の表面に設けた容量検出用ＩＣチップ
７にリード線８を介して電気的に接続されている。一
方、ガラス基板３の前記起歪部２Ａと対向する面には、
固定電極６が設けられている。

【０００４】このような構造からなる従来の絶対圧セン
サ１において、起歪部２Ａの裏面側に被測定圧力Ｐ1 を
印加すると、起歪部２Ａがその圧力に応じて弾性変形
し、可動電極５と固定電極６との間の微少間隙Ｇが変化
する。このため、可動電極５と固定電極６とで構成され
るコンデンサの静電容量が変化し、これを電気信号とし
て取り出して信号処理することにより、被測定圧力Ｐ1
を検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の絶対圧
センサ１において、製造後や出荷時には起歪部２Ａの測
定圧側である受圧面が大気圧となる。その場合、微圧レ
ンジ用の素子においては、電極間距離がきわめて狭いた
め、起歪部２Ａが大気圧によって真空室４側に弾性変形
して可動電極５が固定電極６に密着してしまう。このた
め、計器等に装着しても起歪部２Ａが最大変形前の状態
に復帰せず、使用不能になるという問題があった。ま
た、従来の圧力センサは、非測定時において可動電極５
と固定電極６を最大に離間させておき、被測定圧力Ｐ1
によって起歪部２Ａをガラス板３側に弾性変形させて電
極間距離を狭めるようにしているので、起歪部２Ａの変
形量が非測定時の電極間距離によって決まる。言い換え
れば、圧力レンジが非測定時の電極間距離によって決ま
り、広い圧力レンジがとれないという問題があった。さ
らに、可動電極５が起歪部２Ａに設けられているため、
相対的な問題ではあるが電極の厚みと、この電極が形成
されている部分の基板の厚みとが問題になる。つまり、
温度変化により起歪部２Ａが膨張収縮すると電極間距離
が変化し、測定誤差になる。

【０００６】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、大気圧
によりダイアフラムの起歪部が弾性変形しても電極どう
しが互いに密着することがなく、製造、出荷時の取り扱
いが容易で、圧力レンジを広くとることができ、また温
度変化による影響が少なく、温度特性を改善した静電容
量式圧力センサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、真空室の一部を構成するダイアフラム
を備え、このダイアフラムの起歪部の弾性変形を静電容
量変化として検出する静電容量式圧力センサのセンサ素
子において、中央部が起歪部を構成し、この起歪部より
外側部分が固定部を構成するダイアフラムと、圧力導入
孔を有し、前記ダイアフラムの固定部が接合されること
により前記ダイアフラムとともに圧力導入室を形成する
カバープレートと、電極形成部とこの電極形成部の電極
形成面の中央に一体に突設した接続部を有する可動プレ
ートとからなり、前記ダイアフラムの起歪部中央で前記
カバープレート側とは反対側の面に前記可動プレートの
接続部を接合し、前記ダイアフラムの固定部と前記可動
プレートの電極形成部に固定電極と可動電極を互いに対
向させて形成したものである。

【０００８】この発明においては、ダイアフラムの起歪
部が弾性変形すると、可動プレートも起歪部と一体に変
位し、電極間距離を変化させる。

【０００９】第２の発明は、上記第１の発明において、
ダイアフラム、カバープレートおよび可動プレートを同
一材料によってそれぞれ形成し、これらを直接接合によ
って一体的に接合したものである。

【００１０】この発明においては、ダイアフラムと可動
プレートが直接接合されているので、所望の電極間距離
をもったセンサ素子を得ることができる。すなわち、接
合材を用いて接合する方法は、接合後における接合材自
体の厚みのばらつきによって電極間距離にばらつきが生
じる。一方、直接接合は、接合部材の接合面を鏡面仕上
げして互いに密着させるだけで接合する方法であるた
め、接合材を用いる必要がなく、そのため接合材の厚み
のばらつきによる電極間距離のばらつきが生じず、高精
度な電極間距離を得ることができる。直接接合に際して
は、大きな加圧力を必要とせず、基本的には互いに積層
するだけでよいが、より確実な接合を得るためには適宜
な温度（２００〜１３００°Ｃ程度）で加熱することが
好ましい。また、同一材料で形成されているので、熱膨
張係数の相違による応力の発生が生じない。

【００１１】第３の発明は、真空室の一部を構成するダ
イアフラムを備え、このダイアフラムの起歪部の弾性変
形を静電容量変化として検出する静電容量式圧力センサ
において、圧力導入孔を有し、前記ダイアフラムの受圧
面を覆うことにより前記ダイアフラムとともに圧力導入
室を形成するカバープレートと、前記カバープレートと
ともに前記ダイアフラムの外周縁部を挟持する枠状の保
持部を有し、前記ダイアフラムとともに前記真空室を形
成する基板と、電極形成部とこの電極形成部の電極形成
面の中央に一体に突設した接続部を有し、この接続部が
前記ダイアフラムの真空室側の面で起歪部の中央に接合
された可動プレートとを具備し、前記ダイアフラム、前
記カバープレートおよび前記可動プレートによってセン
サ素子を構成し、前記ダイアフラムの外周縁部と前記可
動プレートの前記電極形成面に固定電極と可動電極を互
いに対向するように設けたものである。

【００１２】この発明においては、圧力導入室に被測定
圧力を導入すると、ダイアフラムの起歪部が弾性変形
し、これと一体に可動プレートも変位し、電極間距離を
変化させる。起歪部の変形方向は、カバープレートから
離間する方向、言い換えれば電極間距離が拡大する方向
であるため、固定電極と可動電極が密着することがな
く、また、圧力レンジを大きくとることができる。さら
に、固定電極はダイアフラムの固定部に設けられている
ので、温度変化による起歪部の膨張収縮による影響を受
けない。

【００１３】第４の発明は、上記第３の発明において、
可動プレートの電極形成部に重量軽減用の孔を設けたも
のである。

【００１４】この発明においては、可動プレートの重量
が軽減されるので、重力や加速度の影響を受けることが
少ない。すなわち、可動プレートはダイアフラムの起歪
部に吊り下げられているので、自身の質量により重力や
加速度の影響を受け易いが、重量軽減用の孔によって質
量を軽減することにより、重力や加速度による影響が少
なく、振動特性やセンサの姿勢の制限が解消される。重
量軽減用の孔としては、不貫通孔または貫通孔が考えら
れる。

【００１５】第５の発明は、上記第３または第４の発明
において、可動プレートの変位を規制する過負荷防止部
を基板に設けたものである。

【００１６】この発明においては、過負荷防止部が可動
プレートの変位を制限するので、過負荷が加わったとき
にダイアフラムの起歪部が所定量以上に変形して破損す
ることがない。過負荷防止部としては、突起、段差面等
が考えられる。

【００１７】第６の発明は、上記第３、第４または第５
の発明において、カバープレートが圧力導入室用の凹陥
部を有し、ダイアフラムが、厚みが一定の薄板状に形成
されたものであって、カバープレートに接合されること
により外周縁部が固定部を形成し、この固定部より内側
部分が起歪部を形成し、前記固定部の真空室側の面に固
定電極が形成されているものである。

【００１８】この発明においては、ダイアフラム素材を
研磨によって形成することができるので、ダイアフラム
の形成が容易である。ダイアフラムをカバープレートに
接合すると、凹陥部に対応する部分が起歪部となり、こ
れより外側部分が固定部となる。

【００１９】第７の発明は、上記第３，第４、第５また
は第６の発明において、ダイアフラム、カバープレート
および可動プレートを同一材料によってそれぞれ形成
し、これらを直接接合によって一体的に接合することに
よりセンサ素子を構成したものである。

【００２０】この発明においては、電極間距離を設計値
どおり正確に決めることができる。すなわち、接合材を
用いて接合すると、接合後における接合材自体の厚みの
ばらつきによって電極間距離にばらつきが生じるため、
高精度な電極間距離を得ることが難しい。一方、直接接
合の場合は接合部材の接合面を鏡面仕上げして互いに密
着させるだけで接合するため、接合材を用いる必要が全
くなく、したがって接合材の厚さによるばらつきが生じ
ず、高精度な電極間距離を得ることができる。

【００２１】第８の発明は、上記７の発明において、ダ
イアフラム、カバープレートおよび可動プレートをサフ
ァイアまたは石英によって形成したものである。

【００２２】この発明においては、ダイアフラムが耐食
性に優れており、被測定流体に直接接触させることがで
きる。

【００２３】第９の発明は、真空室の一部を構成するダ
イアフラムを備え、このダイアフラムの起歪部の弾性変
形を静電容量変化として検出する静電容量式圧力センサ
におけるセンサ素子の製造方法において、ダイアフラム
素材によってダイアフラムを形成する工程と、プレート
素材によって圧力導入孔を有するカバープレートを形成
する工程と、前記工程によって形成されたカバープレー
トと前記ダイアフラムの外周縁部を一体的に接合して前
記ダイアフラムの外周縁部を固定部とし、この固定部よ
り内側部分を起歪部とする工程と、前記ダイアフラムの
固定部で前記カバープレート側とは反対側の面の外周縁
部に固定電極を形成する工程と、可動プレート素材の一
方の面で中央部以外の部分をエッチングによって除去す
ることにより電極形成部を形成するとともに、未エッチ
ング部分によりダイアフラムに接合される接続部を形成
する工程と、前記可動プレート素材の前記電極形成部の
電極形成面に可動電極を形成し可動プレートを形成する
工程と、前記可動プレートの前記接続部を前記ダイアフ
ラムの起歪部中央に接合する工程とを備えたものであ
る。

【００２４】この発明においては、ダイアフラムの起歪
部の弾性変形によって可動プレートが一体的に変位し、
電極間距離が変化するセンサ素子が形成される。

【００２５】第１０の発明は、真空室の一部を構成する
ダイアフラムを備え、このダイアフラムの起歪部の弾性
変形を静電容量変化として検出する静電容量式圧力セン
サにおけるセンサ素子の製造方法において、ダイアフラ
ム素材によって厚みが一定のダイアフラムを形成する工
程と、プレート素材によって圧力導入孔と、圧力導入室
用の凹陥部を有するカバープレートを形成する工程と、
前記工程によって形成されたカバープレートと前記ダイ
アフラムの外周縁部を一体的に接合して前記ダイアフラ
ムの外周縁部を固定部とし、この固定部より内側部分を
起歪部とする工程と、前記ダイアフラムの固定部で前記
カバープレート側とは反対側の面の外周縁部に固定電極
を形成する工程と、可動プレート素材の一方の面にダイ
アフラムの起歪部より大きい環状の分離用溝と、この分
離用溝より外側に位置するピン用挿通孔を形成する工程
と、前記可動プレート素材の前記一方の面で前記分離用
溝より内側部分をドライエッチングによって環状に除去
して電極形成部を形成し、未エッチング部分によりダイ
アフラムに接合される接続部を形成する工程と、前記可
動プレート素材の前記電極形成部の電極形成面に可動電
極を形成する工程と、前記可動プレート素材の前記接続
部と前記分離用溝より外側部分を前記ダイアフラムの起
歪部と固定部に接合する工程と、前記可動プレート素材
の前記ダイアフラム側とは反対側の面をドライエッチン
グによって所定深さ除去して前記分離用溝の閉塞端を開
放させることにより、可動プレート素材を前記分離用溝
より外側と内側の部分とに分離して基板の保持部と可動
プレートを形成する工程とを備えたものである。

【００２６】この発明においては、ダイアフラムとカバ
ープレートとを接合することにより、ダイアフラムの固
定部と起歪部が形成される。また、１つの可動プレート
素材によって可動プレートと基板の保持部が同時に形成
される。

【００２７】第１１の発明は、上記第１０の発明におい
て、可動プレート素材が、接合面に環状の第１分離用溝
が形成された第１のプレート素材と、この第１のプレー
ト素材と同一材料からなり、第１のプレート素材との接
合面に環状の第２分離用溝が形成され、第１のプレート
素材に対して直接接合される第２のプレート素材とから
なり、前記第１または第２のプレート素材の接合面に前
記第１分離用溝と第２分離用溝を互いに接続する連通溝
が形成されているものである。

【００２８】この発明においては、第１、第２分離用溝
が同一直線上に位置していないので、可動プレート素材
をドライエッチングしたとき、ダイアフラムに形成され
ている固定電極をエッチングすることがない。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る静
電容量式圧力センサの一実施の形態を示す外観斜視図、
図２は図１のII−II線断面図、図３は図１のIII −III
線断面図、図４は固定電極の平面図、図５は可動電極の
平面図である。これらの図において、符号２１で示すも
のは基板、２２は枠状の保持部材（保持部）、２３はダ
イアフラム、２４はカバープレート、２５は可動プレー
ト、２６は固定電極、２７は可動電極、２８は電極取出
用ピンで、これらによって絶対圧測定用の静電容量式圧
力センサ（以下、絶対圧センサという）２０を構成して
いる。

【００３０】前記基板２１、保持部材２２、ダイアフラ
ム２３およびカバープレート２４は中心を一致させて順
次積層され、一体的に接合されている。可動プレート２
５はダイアフラム２３の裏面中央に一体的に接合されて
いる。前記固定電極２６が設けられたダイアフラム２
３、前記カバープレート２４および前記可動電極２７が
設けられた可動プレート２５は、同一材料によって形成
され、センサ素子Ｓを構成している。前記基板２１と保
持部材２２は、センサ素子Ｓのハウジングを形成してい
る。

【００３１】前記基板２１は、サファイア、石英または
アルミナセラミックス等によって形成されて上面中央に
正方形の凹陥部３０を有し、この凹陥部３０と前記保持
部材２２の内面および前記ダイアフラム２３の裏面とで
囲まれた密閉空間３１に前記可動プレート２５が収容さ
れている。また、この密閉空間３１は、真空排気される
ことにより所定の真空度の真空室を形成している。この
ため、基板２１には内外を連通させる真空排気用パイプ
３２が貫通して設けられており、この真空排気用パイプ
３２は、密閉空間３１を真空排気して真空室とした後、
押し潰して閉塞する。

【００３２】また、前記基板２１は、前記真空室３１の
両側に位置し表裏面に貫通する２つのピン挿通孔３３を
有し、これらのピン挿通孔３３には前記電極取出用ピン
２８が貫通して設けられている。

【００３３】前記保持部材２２は、正方形の枠状に形成
され、上端部内側面に矩形の凹部３４を全周にわたって
形成することにより、上端部が薄肉部２２Ａ、下端部が
厚肉部２２Ｂとされ、前記基板２１の上面にロー付け等
によって接合されている。また、厚肉部２２Ｂには、複
数の電極用孔３５が貫通して形成されており、これらの
電極用孔３５に前記電極取出用ピン２８が貫通して設け
られている。電極取出用ピン２８の内端は、前記固定電
極２６に半田等によって接続される。この半田付けは、
溶融半田をピン挿通孔３３および電極用孔３５に流し込
んで固化させることにより行われる。さらに、厚肉部２
２Ｂの上面、すなわち前記凹部３４の底面には、リファ
レンス用電極３６が形成されている。リファレンス用電
極３６は、前記固定電極２６，可動電極２７と同様に、
蒸着またはスパッタリングによって形成される。

【００３４】前記ダイアフラム２３は、前記基板２１と
保持部材２２とからなるハウジングとともに前記真空室
３１を形成するもので、厚さが一定な極めて薄い四角形
の板からなり、中央部が起歪部２３Ａとして用いられ、
この起歪部２３Ａより外側部分が固定部２３Ｂとして用
いられる。起歪部２３Ａは円形で、上面が被測定圧力Ｐ
1 を受ける受圧面３８を形成し、裏面中央部に前記可動
プレート２５が接合されている。固定部２３Ｂの上面
は、前記カバープレート２４との接合面を形成し、裏面
の外周縁部が前記保持部材２２の薄肉部２２Ａの上面に
接合され、これより内側部分に前記固定電極２６と、リ
ファレンス電極３９が形成される。リファレンス電極３
９は固定電極２６より外側に設けられ、前記保持部材２
２側に設けられた前記リファレンス電極３６と近接して
対向している。

【００３５】前記固定電極２６は、図４に示すようにダ
イアフラム２３の起歪部２３Ａを挟んで互いに対向する
２つの電極２６Ａ，２６Ｂで構成されている。各電極２
６Ａ，２６Ｂは、外形状が正方形で内形状が円形のパタ
ーンを２分割した形状を呈し、一側面には配線部４０が
延設され、その先端部に設けたパッド部４１に前記電極
取出用ピン２８の内端が半田付けによって接続されてい
る。なお、２つの電極２６Ａ，２６Ｂは、同一形状では
あるが、点対称になるように位置付けられている。

【００３６】ここで、本実施の形態においては、固定電
極２６の面積を大きくするためにダイアフラム２３の起
歪部２３Ａを円形に形成した例を示したが、これに限ら
ず角形であってもよい。

【００３７】前記カバープレート２４は、前記保持部材
２２およびダイアフラム２３と同一の大きさからなる正
方形の板体で、中央に被測定圧力Ｐ1 を前記ダイアフラ
ム２３の受圧面３８に導く圧力導入孔４４が表裏面に貫
通して形成され、裏面側に前記ダイアフラム２３の固定
部２３Ｂが接合されている。また、カバープレート２４
の表裏面の中央部には、凹陥部４５，４６がそれぞれ形
成されている。裏面側の凹陥部４６は円形の凹部からな
り、前記ダイアフラム２３の起歪部２３Ａの外縁を規定
するとともに、この起歪部２３Ａとの間に被測定圧力Ｐ
1 が導かれる圧力導入室５１を形成している。

【００３８】前記可動プレート２５は、前記固定電極２
６の外形状より若干小さい正方形の板体からなる電極形
成部２５Ａと、この電極形成部２５Ａの上面、すなわち
ダイアフラム２３と対向する面の中央に一体に突設され
た接続部２５Ｂとで構成されている。電極形成部２５Ａ
の上面は電極形成面４７を形成し、この電極形成面４７
の外周縁部に前記可動電極２７が前記固定電極２６と所
定の電極間距離をもって対向するように形成されてい
る。また、この可動電極２７より内側部分には、重量軽
減用の孔４８が複数個形成されており、これにより可動
プレート２５の質量を軽減し、重力や加速度の影響を受
け難くしている。孔４８は、貫通孔に限らず不貫通孔で
あってもよい。前記接続部２５Ｂの上面は接合面４９を
形成しており、前記ダイアフラム２３の起歪部２３Ａの
裏面中央に接合される。そして、このような可動プレー
ト２５は、前記保持部材２２と同時に形成され（この点
については後述する）、前記保持部材２２とともにダイ
アフラム２３に接合される。

【００３９】前記可動電極２７は、図５に示すように外
形状が可動プレート２５の外形状と等しく、内形状が前
記ダイアフラム２３の起歪部２３Ａと略同一の大きさの
円形パターンに形成され、前記固定電極２６と極めて微
少な隙間を保って対向している。

【００４０】前記保持部材２２、ダイアフラム２３、カ
バープレート２４および可動プレート２５は、同一材
料、例えばサファイア基板（Ａｌ₂Ｏ₃）または石英によ
って形成され、直接接合によって一体的に接合されるこ
とにより、センサ素子Ｓを構成している。直接接合と
は、接合材等を一切用いないで接合部材どうしの物理化
学的な結合力のみによって接合する方法で、２つの接合
部材の接合面を鏡面仕上げして互いに密着させることに
より接合する方法である。接合に際しては、特に圧力を
加える必要がなく、単に重ね合わせるだけでよいが、好
ましくは２００〜１３００°Ｃ程度に加熱して接合する
とより一層確実な接合が得られる。

【００４１】このような絶対圧センサ２０において、測
定時に被測定圧力Ｐ1 を圧力導入室５１に導いて起歪部
２３Ａの受圧面３８に加えると、起歪部２３Ａは被測定
圧力Ｐ1 に応じて真空室３１側に弾性変形する。このた
め、可動プレート２５もダイアフラム２３の起歪部２３
Ａとともに真空室３１側に変位し、固定電極２６と可動
電極２７の電極間距離が大きくなる。したがって、固定
電極２６と可動電極２７とで構成されるコンデンサの静
電容量が変化し、これを電気信号として取り出すことに
より、被測定圧力Ｐ1 を検出することができる。

【００４２】このように、ダイアフラム２３を被測定圧
力Ｐ1 によって固定電極２６と可動電極２７の電極間距
離が大きくなる方向に弾性変形させるように構成する
と、図６に示すように製造、出荷時において、圧力導入
室５１が大気開放された状態にあっては、大気圧Ｐｏに
よってダイアフラム２３の起歪部２３Ａが真空室３１側
に弾性変形しているので、図３３に示した従来の圧力セ
ンサ１と異なり、可動電極２７が固定電極２６に対して
密着するといった事態が発生することがなく、使用不能
になることがない。したがって、製造、出荷時の圧力セ
ンサ２０の取り扱いが容易である。

【００４３】また、保持部材２２、ダイアフラム２３、
カバープレート２４および可動プレート２５を同一材料
で形成すると、異種材料で製作した場合に比べて製作時
に接合部に生じる残留応力を少なくすることができる。
この残留応力の経時変化は圧力計測の誤差要因となるた
め、できる限り少なくすることが望ましい。また、使用
時に温度変化等があっても接合部に熱応力が生じず、ダ
イアフラム２３の弾性変形に影響を与えることがない。
したがって、温度特性に優れ、高精度な測定が可能な静
電容量式の圧力センサを提供することができる。

【００４４】また、ダイアフラム２３、カバープレート
２４および可動プレート２５を直接接合によって一体的
に接合しているため、高精度な電極間距離が得られる。
すなわち、接合材を用いて接合する場合は、接合材の厚
さのばらつきによって電極間距離にばらつきが生じる
が、直接接合の場合は接合材を一切用いないため、接合
材の厚さによるばらつきが生じることががなく、カバー
プレート２５のドライエッチング量と、固定電極２６，
可動電極２７の厚さのみによって電極間距離が決定され
る。したがって、設計値に略等しい電極間距離を得るこ
とが可能で、きわめて高精度で信頼性の高い圧力計測が
可能な静電容量式圧力センサが得られる。

【００４５】また、センサ素子Ｓの各構成部材を、特に
サファイア基板で形成すると、サファイアは単結晶であ
り、アルミナ、セラミックスのような粒界が存在しない
ため、高い耐食性を有し、アルカリ性や酸性の液体など
腐食性の高い被測定流体であっても直接接触させて圧力
を測定することができる。したがって、センサ素子Ｓの
表面を封入液で覆うなどして被測定流体から隔離する必
要がなく、計測部の小型化を図ることができる。

【００４６】さらに、サファイアは、半導体で使用され
るバッチプロセスと同様な製造工程と採用することによ
り数百個のセンサ素子の製作が可能であり、量産性に優
れている。すなわち、上記した工程により、１枚のカバ
ープレート素材に多数のカバープレートを形成する。ま
た、１枚のダイアフラム素材に多数のダイアフラムを形
成する。さらに１枚の可動プレート素材に多数の可動プ
レート素材を形成する。そして、これらのプレート素材
を積層して互いに直接接合することにより、多数のセン
サ素子を形成する。しかる後、これらのセンサ素材をダ
イシングによって切り出す。その結果として、電極間隔
などのセンサ素子間のばらつきが小さく、同一特性のセ
ンサ素子を大量に製作することが可能である。

【００４７】さらにまた、被測定圧力Ｐ1 が変化しても
容量値が変化しないリファレンス電極３６，３９を設け
ているので、このリファレンス電極による静電容量と、
固定電極２６と可動電極２７間の静電容量とを比較する
ことにより、温度の変化により発生する誤差要因を取り
除くことができる。

【００４８】ここで、本発明に係る静電容量式圧力セン
サは、上記した実施の形態に限らず種々の変形、変更が
可能であり、例えば保持部材２２を基板２１と同一材料
によって一体に形成し、可動プレート２５をサファイア
等の別材料によって形成してもよい。

【００４９】また、図２に二点鎖線で示すように基板２
１の内面に過負荷防止部を構成する段差部５４を形成
し、この段差部５４によって可動プレート２５の下面を
支承させることにより、過大な圧力が加わったときのダ
イアフラム２３の起歪部２３Ａの塑性変形、破損等を防
止するようにしてもよい。

【００５０】次に、本願発明に係る静電容量式圧力セン
サにおけるセンサ素子の製造方法について説明する。図
７〜図１５は図１〜図６に示したセンサ素子Ｓと静電容
量式圧力センサ２０の形成工程を説明するための図であ
る。この静電容量式圧力センサ２０は、例えば厚さが
０．５ｍｍ程度の４インチ角のサファイア基板内に半導
体チップと同様に多数製作され、その後ダイシングによ
って個々に独立したセンサに分離されるものであるが、
その中の１つのセンサの製作手順について説明する。ま
た、本製造方法は、上記したリファレンス電極３６，３
９を備えない圧力センサの製造方法について説明する。

【００５１】図７（ａ）、（ｂ）はカバープレート２４
の形成工程を説明するための平面図および断面図で、サ
ファイア基板からなるプレート素材５５の中心に圧力導
入孔４４をレーザー加工によって表裏面に貫通するよう
に形成する。次に、研磨加工によってサファイア基板の
表裏面を直接接合が可能な鏡面に仕上げる。次いで、裏
面の中央にドライエッチングによって所要の深さの凹陥
部４６を形成することにより、カバープレート２４を製
作する。

【００５２】圧力導入孔４４と凹陥部４６の形成順序
は、どちらが先であってもよい。凹陥部４６の周縁４６
ａは、ダイアフラム２３の起歪部２３Ａの外周縁を規定
する。プレート素材５５の表面、すなわち凹陥部４６が
形成される裏面とは反対側の面は、平坦面に形成されて
いるが、図１に示した凹陥部４５が形成されるものであ
ってもよい。

【００５３】図８（ａ）、（ｂ）はダイアフラム２３と
カバープレート２４の接合工程を説明するための平面図
および断面図である。ダイアフラム２３は、サファイア
基板を研磨することにより、厚さが一定の極めて薄い板
に形成され、表裏面が鏡面仕上げされている。このダイ
アフラム２３をカバープレート２４の凹陥部４６が形成
されている裏面に載置してダイアフラム２３の外周縁部
を直接接合によって接合し、凹陥部４６を覆う。ダイア
フラム２３をカバープレート２４に接合すると、ダイア
フラム２３の前記凹陥部４６に対応する中央部分が起歪
部２３Ａとなり、これより外側部分が固定部２３Ｂとな
る。

【００５４】図９（ａ）、（ｂ）は固定電極の形成工程
を説明するための平面図および断面図で、ダイアフラム
２３のカバープレート２４側とは反対側の面全体に導電
性薄膜を成膜し、写刻技術によりパターンニングするこ
とにより、所定形状の固定電極２６を形成する。この導
電性薄膜の成膜は、通常半導体プロセスで用いられてい
るドライ成膜であるＣＶＤ、真空蒸着、スパッタリング
法などにより形成することができる。このとき、図４に
示す配線部４０とパッド部４１が同時に形成されること
はいうまでもない。

【００５５】図１０〜図１３（ａ）、（ｂ）は保持部材
と可動プレートの形成工程を説明するための平面図およ
び断面図、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は保持部材と
可動プレートの形成工程を説明するための平面図、Ａ−
Ａ線断面図およびＢ−Ｂ断面図である。先ず、図１０に
おいて、所定の板厚を有するサファイア基板からなる可
動プレート素材６０を用意する。可動プレート素材６０
は、表裏両面が研磨されており、その表面（ダイアフラ
ムとの接合面）の外周寄りに環状（正方形）の分離用溝
６１を超音波加工等によって形成する。この分離用溝６
１は、可動プレート２５の厚さより十分に深く形成され
る。

【００５６】また、分離用溝６１の外側に２つの貫通孔
からなる電極用孔３５をレーザー加工等によって形成す
る。２つの電極用孔３５は、前記固定電極２６のパッド
部４１に対応一致する位置に形成されるもので、可動プ
レート素材６０の中心を通り互いに対向する２つの辺に
対して垂直な仮想線６２上に位置している。さらに、前
記表面の前記分離用溝６１より外側部分をドライエッチ
ングによって全周にわたって所定量除去することにより
環状の溝６３を形成する。分離用溝６１、電極用孔３５
および溝６３の形成順序は特に限定されない。分離用溝
６１を挟んでその外側部分と内側部分は、最終的には保
持部材２２と、可動プレート２５となる部分である。溝
６３を形成する理由は、後述する電極間隔設定用溝６４
を形成したとき、接続部２５Ｂを保持部材２２となる外
周縁部の上面より突出させるためである。

【００５７】図１１（ａ）、（ｂ）は電極間隔設定用溝
の形成工程を説明するための平面図および断面図であ
る。可動プレート素材６０の表面の分離用溝６１より内
側でかつ中央部を除く部分をドライエッチングによって
所定量除去して電極間隔設定用溝６４を形成する。これ
により、電極間隔設定用溝６４が形成されている部分
が、可動プレート２５の電極形成部２５Ａとなる部分
で、溝底面が電極形成面４７とされる。電極間隔設定用
溝６４の形成によって可動プレート素材６０の表面中央
に残っている突起部分は、ダイアフラム２３との接続部
２５Ｂとなる部分である。電極間隔設定用溝６４は、そ
の底面から接続部２５Ｂの上面までの距離が電極間距離
を規定するため、高い精度で形成される。また、接続部
２５Ｂの上面は、可動プレート素材６０の外周縁部、す
なわち電極間隔設定用溝６４が形成されている部分より
外側の上面より上方に僅かに突出しており、ダイアフラ
ム２３との接合面４９（図２）を形成する。この突出寸
法Δｄは、接続部２５Ｂとダイアフラム２３との直接接
合を確実にするために設けられる（この点については後
述する）。

【００５８】さらに、前記分離用溝６１より外側の表面
部分でかつ前記電極用孔３５に対応する部分をドライエ
ッチングによって所定量除去して凹部６５を形成する。
この凹部６５は前記分離用溝６１に連通しているが、可
動プレート素材６０の外側面に開放することはない。ま
た、この凹部６５は、電極間隔設定用溝６４より低くな
るように形成される。図１１においては、電極間隔設定
用溝６４と凹部６５を黒く塗り潰して示している。この
とき、重量軽減用の孔４８（図２）も形成されるるが、
その図示については省略している。

【００５９】図１２（ａ）、（ｂ）は可動電極の形成工
程を説明するための平面図および断面図である。可動プ
レート素材６０の表面で分離用溝６１より内側に導電性
薄膜を成膜し、写刻技術によりパターンニングすること
により、所定形状の可動電極２７を形成する。この導電
性薄膜の成膜は、前記固定電極２６の形成と同様に通常
半導体プロセスで用いられているドライ成膜であるＣＶ
Ｄ、真空蒸着、スパッタリング法などにより形成するこ
とができる。

【００６０】図１３（ａ）、（ｂ）はダイアフラムと可
動プレート素材６０の接合工程を説明するための平面図
および断面図で、ダイアフラム２３を上下反転させるこ
とにより裏面側を上にする。また、上記工程で製作した
可動プレート素材６０を同じく上下反転させてダイアフ
ラム２３の上に位置決めして載置する。これにより、可
動プレート素材６０の外周縁部がダイアフラム２３の裏
面外周縁部に接触し、接続部２５Ｂの接続面４９がダイ
アフラム２３の裏面中央に接触して直接接合される。こ
のとき、可動プレート素材６０の外周縁部と接続部２５
Ｂの接続面４９が同一面、すなわち前記突出寸法Δｄ
（図１１）が零であると、接続部２５Ｂがダイアフラム
２３に接触したとき、ダイアフラム２３の起歪部２３Ａ
が下方に弾性変形して良好な接合が得られないおそれが
あるが、Δｄだけ突出させておくと、この突出量Δｄだ
け起歪部２３Ａを接続部２５Ｂが押圧して下方に弾性変
形させるため、確実な直接接合が得られる。

【００６１】図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は保持部材
２２と可動プレート２５の形成工程を説明するための平
面図、Ａ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。上
記工程で可動プレート素材６０をダイアフラム２３の裏
面側に直接接合した後、可動プレート素材６０の上にな
っている裏面全面をドライエッチングによって所定量除
去することにより、分離用溝６１の閉塞端を上方に開放
させる。これにより、分離用溝６１より外側と内側部分
が完全に分離し、外側部分が保持部材２２となり、内側
部分が可動プレート２５となり、もってセンサ素子Ｓが
製作される。

【００６２】図１５は基板２１と保持部材２２の接合工
程を説明するための断面図で、凹陥部３０とピン挿通孔
３３が形成された基板２１の上に、上記工程で形成され
た保持部材２２を載置してロー付け等によって一体的に
接合する。また、ピン挿通孔３３より電極用孔３５に電
極取出用ピン２８を挿入し、その挿入端を固定電極２６
のパッド部４１に接触させる。さらに、ピン挿通孔３３
および電極用孔３５に溶融半田を流し込んで電極取出用
ピン２８と固定電極２６のパッド部４１を電気的に接続
する。そして、この溶融半田はピン挿通孔３３および電
極用孔３５内で固化することにより、これらの孔を気密
に封止する。

【００６３】しかる後、真空排気用パイプ３２を図示し
ない真空ポンプに接続し、この真空ポンプによって基板
２１、保持部材２２およびダイアフラム２３によって囲
まれた密閉空間内の空気を排気することにより、所定の
真空度の真空室３１とする。そして、真空排気用パイプ
３２を封止することにより、静電容量式圧力センサの製
造を終了する。

【００６４】このようにして製作される静電容量式圧力
センサにあっては、半導体プロセスと同様にサファイア
からなる基板内に多数のセンサ素子Ｓを同時に製作する
ことができるので、同じ品質のセンサ素子Ｓの大量生産
が可能である。このことは低コスト化にもつながる。

【００６５】図１６（ａ）〜（ｆ）は保持部材と可動プ
レートを形成するための他の製造方法を説明するための
図である。保持部材２２と可動プレート２５を形成する
ために用いられる可動プレート素材６０’は、図１６
（ａ）、（ｂ）に示すように第１、第２のプレート素材
７０，７１によって形成される。第１のプレート素材７
０は両面が鏡面仕上げされたサファイア基板からなり、
第２のプレート素材７１との接合面に所要深さからなる
環状（四角形）の第１分離用溝７２が超音波加工によっ
て形成される（ａ）。第２のプレート素材７１は同じく
両面が直接接合が可能なお鏡面仕上げされたサファイア
基板からなり、第１のサファイア基板７０との接合面に
所要深さからなる環状（四角形）の第２分離用溝７３
と、浅い連通溝７４が形成される（ｂ）、（ｃ）。

【００６６】第１分離用溝７２が形成された第１のプレ
ート素材７０と、第２分離用溝７３と連通溝７４が形成
された第２のプレート素材７１をその接合面を直接接合
することにより、可動プレート素材６０’を形成する
（ｄ）。次に、プレート素材７１の上面全体をドライエ
ッチングする。この後、可動プレート素材６０’に貫通
孔からなる２つの電極用孔３５をレーザー加工によって
形成する（ｅ）。さらに、第１のプレート素材７０の表
面で中央部と外周部を除く部分をドライエッチングによ
って所定量除去することにより、電極間隔設定用溝６４
を形成し、中央に残った突起状の未エッチング部分をダ
イアフラム２３との接続部２５Ｂとする（ｆ）。これ以
降の工程は、図１２〜図１４に示した工程と全く同一で
あるため、その説明を省略する。

【００６７】このように第１、第２のプレート素材７
０，７１を直接接合して１枚の可動プレート素材６０’
を形成すると、図１７に示すドライエッチングによる保
持部材２２と可動プレート２５の分離工程で固定電極２
６をエッチングするおそれがなく、固定電極２６の断線
を防止することができる。すなわち、第２のプレート素
材７１の表面をドライエッチングによって所定量除去
し、分離用溝７３の閉塞端を開放させることにより第
１、第２分離用溝７２，７３より外側部分を保持部材２
２とし、内側部分を可動プレート２５としたとき、第
１、第２分離用溝７２，７３が連続したストレートな溝
であると固定電極２６をオーバーエッチングするおそれ
があるが、第１分離用溝７２と第２分離用溝７３の大き
さを異ならせてその接続部分を連通溝７４によって屈曲
部としておくと、オーバーエッチングされる部分Ａが第
１、第２のプレート素材７０，７１の接合面で第２分離
用溝７３に対応する部分だけであるため、固定電極２６
をエッチングすることがない。

【００６８】図１８〜図２１は電極形成の他の方法を説
明するための図である。この電極形成方法は、半田等の
導電材８０と電極取出用ピン２８とで電極を形成するよ
うにしたものである。図１８（ａ）、（ｂ）は半田から
なる導電材８０を形成する工程を説明するための平面図
および断面図で、図１２に示す工程によって形成した可
動プレート素材６０をダイアフラム２３の上に載置して
直接接合した後、可動プレート素材６０の上方から電極
用孔３５にＳｎ−Ａｇ、Ｐｂ−Ｓｎ等の溶融半田材を流
し込んで固化させることにより導電材８０とし、固定電
極２６に電気的に接続する。

【００６９】図１９は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は保持部
材２２と可動プレート２５の形成工程を説明するための
平面図、Ａ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。
導電材８０を形成した後、可動プレート素材６０の上に
なっている裏面全面をドライエッチングによって所定量
除去することにより、分離用溝６１の閉塞端を上方に開
放させる。これにより、分離用溝６１より外側と内側部
分が完全に分離することにより、外側部分を保持部材２
２とし、内側部分を可動プレート２５とする。導電材８
０が接続される固定電極２６のパッド部としては、濡れ
性の低い材料で形成し、溶融半田材が流れ出してダイア
フラム２３に接触しないようにすることが望ましい。

【００７０】図２０（ａ）、（ｂ）は保持部材２２の表
面に突出している導電材８０にバンプ８１を形成する工
程を説明するための平面図および断面図で、導電材８０
の外部に露呈している部分にバンプ８１を形成する。こ
の後、図２１に示すように保持部材２２を基板２１の上
に載置してロー付け等により接合し、ピン挿通孔３３に
電極取出用ピン２８を挿入して内端を導電材８０のバン
プ８１に接合する。接合に際しては、ピン挿通孔３３に
Ｓｎ−Ａｇ、Ｐｂ−Ｓｎ等の溶融半田材を流し込んで固
化させることにより、バンプ８１との接続を確実にする
とともにピン挿通孔３３を気密に封止する。

【００７１】図２２〜図３２は可動プレート２５の周り
に保持部材を設けない構造のセンサ素子と圧力センサの
製造方法を説明するための図である。図２２、図２３お
よび図２４に示す工程は、上記した図７〜図９に示した
工程と全く同一である。すなわち、図２２（ａ）、
（ｂ）はカバープレート２４の形成工程を説明するため
の平面図および断面図で、サファイア基板からなるプレ
ート素材５５の表裏面を鏡面仕上げし、裏面の中央にド
ライエッチングによって所要の深さの凹陥部４６を形成
する。さらに、中心に圧力導入孔４４をレーザー加工に
よって表裏面に貫通するように形成することにより、カ
バープレート２４を製作する。

【００７２】図２３（ａ）、（ｂ）はダイアフラム２３
とカバープレート２４の接合工程を説明するための平面
図および断面図で、カバープレート２４の凹陥部４６が
形成されている裏面にダイアフラム２３の固定部２３Ｂ
となる部分を載置して直接接合し、凹陥部４６を覆う。
ダイアフラム２３は、所要の厚さおよび大きさを有する
厚さが一定のサファイア基板からなり、表裏面が鏡面仕
上げされている。ダイアフラム２３をカバープレート２
４に直接接合すると、ダイアフラム２３の前記凹陥部４
６に対応する中央部分が起歪部２３Ａとなる。

【００７３】図２４（ａ）、（ｂ）は固定電極２６の形
成工程を説明するための平面図および断面図で、ダイア
フラム２３のカバープレート２４側とは反対側の面全体
に導電性薄膜を成膜し、写刻技術によりパターンニング
することにより、所定形状の固定電極２６を上記したと
同様な技術により固定部２３Ｂに形成する。

【００７４】図２５（ａ）、（ｂ）は固定電極２６の配
線部分を保護膜によって覆う工程を示す平面図および断
面図で、パイレックス等の溶融ガラスを固定電極２６の
配線部分４０（図４）の上に滴下して固化させることに
より、保護膜９０を形成する。

【００７５】図２６（ａ）、（ｂ）は固定電極２６のパ
ッド部４１に金のバンプ９１を形成する工程を示す平面
図および断面図で、溶融した金をパッド部４１の上に滴
下して固化させ、バンプ９１を形成する。

【００７６】図２７〜図２９は可動プレート２５の形成
工程を説明するための図である。図２７（ａ）、（ｂ）
は、所定の板厚を有するサファイア基板からなる可動プ
レート素材９２を用意してその外周部を全周にわたって
超音波加工によって所定深さ除去することにより溝９３
を形成する工程を示す平面図および断面図である。これ
により、可動プレート素材９２の外周面下端部側にフラ
ンジ９５が形成される。

【００７７】図２８（ａ）、（ｂ）は、さらに可動プレ
ート素材９２の表面で中央部を除く部分に電極間隔設定
用溝６４をドライエッチングによって形成する工程を示
す平面図および断面図で、中央に残った未エッチング部
分をダイアフラムとの接続部２５Ｂとする。

【００７８】図２９（ａ）、（ｂ）は、可動電極２７の
形成工程を説明するための平面図および断面図図であ
る。電極間隔設定用溝６４の底面外周部に導電性薄膜を
成膜し、写刻技術によりパターンニングすることによ
り、所定形状の可動電極２７を形成する。

【００７９】図３０（ａ）、（ｂ）はダイアフラム２３
と可動プレート素材９２の接合工程を説明するための平
面図および断面図である。ダイアフラム２３を上下反転
させることにより裏面側を上にする。また、上記工程で
製作した可動プレート素材９２を同じく上下反転させて
ダイアフラム２３の上に位置決めして載置する。これに
より、接続部２５Ｂがダイアフラム２３の起歪部裏面に
直接接合される。

【００８０】図３１（ａ）、（ｂ）は可動プレート２５
の形成工程を説明するための平面図および断面図であ
る。可動プレート素材９２の上になっている面をドライ
エッチングによって所定量除去し、フランジを完全に取
り除く。これによって可動プレート２５が形成され、セ
ンサ素子９６が形成される。センサ素子９６は、ダイア
フラム２３、カバープレート２４および可動プレート２
５によって構成されている。

【００８１】図３２はセンサ素子９６の封止工程を説明
するための断面図である。金バンプ９１に電極取出用ピ
ン２８の一端を半田付け等によって接続する。電極取出
用ピン２８は、ダイアフラム２３と平行になるように取
付けられ、センサ素子９６の側方に延在している。次
に、ガラス、金属等によって形成した上面中央に開口１
０１を有する上側ケース（保持部材）１００の内部にセ
ンサ素子９６を組込んでカバープレート２４により前記
開口１０１を閉塞し、ロー付け等によって接合する。さ
らに、ガラス、金属等によって形成した下側ケース（基
板）１０３の上面に上側ケース１００を設置して両ケー
スの接合部を封止する。この後、ケース内部を真空排気
して所定の真空度の真空室１０５とすることにより、静
電容量式圧力センサ１０６の製作を終了する。

【００８２】このような製造方法においては、上側ケー
ス１００を図２に示した保持部材２２の代わりに用いて
いるため、電極取出用ピン２８の固定電極２６への接続
および取出しが比較的容易である。

【００８３】なお、上記した実施の形態においては、圧
力センサの形状を正方形とした場合について説明した
が、本発明はこれに何ら特定されるものではなく、多角
形、円形あるいは楕円形などの各種の形状のものであっ
ても同様な効果が得られる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るセンサ
素子は、真空室の一部を構成するダイアフラムを備え、
このダイアフラムの起歪部の弾性変形を静電容量変化と
して検出する静電容量式圧力センサのセンサ素子におい
て、中央部が起歪部を構成し、この起歪部より外側部分
が固定部を構成するダイアフラムと、圧力導入孔を有
し、前記ダイアフラムの固定部が接合されることにより
前記ダイアフラムとともに圧力導入室を形成するカバー
プレートと、電極形成部とこの電極形成部の電極形成面
の中央に一体に突設した接続部を有する可動プレートと
からなり、前記ダイアフラムの起歪部中央で前記カバー
プレート側とは反対側の面に前記可動プレートの接続部
を接合し、前記ダイアフラムの固定部と前記可動プレー
トの電極形成部に固定電極と可動電極を互いに対向させ
て形成したので、大気圧がダイアフラムの起歪部に加わ
ったとき、起歪部が真空室側に弾性変形して電極間距離
を拡大させるため、電極どうしが密着することがなく、
製造、出荷時の取り扱いが容易で、使用不能になること
がない。また、起歪部の変形方向が電極間距離が拡大す
る方向であるため、起歪部を弾性変形限界内において最
大限に変形させることができ、圧力レンジを広く取るこ
とができる。さらに、固定電極がダイアフラムの固定部
に設けられ、弾性変形の大きい起歪部に設けられていな
いので、起歪部が温度変化によって膨張収縮してもその
影響が少なく、高い測定精度と信頼性に優れたセンサ素
子および静電容量式圧力センサを提供することができ
る。

【００８５】また、センサ素子の素材としてサファイア
または石英を用いているので、耐食性に優れており、ま
た直接接合しているので、高い精度の極間距離が得られ
る。また、可動プレートに貫通孔または不貫通孔からな
る重量軽減用の孔を設けているので、自身の質量が重力
や加速度の影響を受け難く振動特性やセンサの姿勢の制
限が解消される。

【００８６】また、過負荷防止部を備えているので、過
大圧力によるダイアフラムの起歪部の破損を防止するこ
とができる。

【００８７】また、本発明によるセンサ素子の製造方法
によれば、ダイアフラムの起歪部に可動プレートを備え
たセンサ素子を製作することができ、また分離用溝を屈
曲した溝で構成した製造方法においては、ドライエッチ
ング時に固定電極をエッチングして切断するといったお
それがなく、センサ素子を良好に製作することができ
る。

【００８８】さらに、本発明によるセンサ素子の製造方
法によれば、半導体製造と同様に同一品質のものを大量
に生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る静電容量式圧力センサの一実施
の形態を示す外観斜視図である。

【図２】 図１のII−II線断面図である。

【図３】 図１のIII −III 線断面図である。

【図４】 固定電極の平面図である。

【図５】 可動電極の平面図である。

【図６】 製造、出荷時においてダイアフラムの起歪部
が大気圧によって真空室側に変形した状態を示す図であ
る。

【図７】 （ａ）、（ｂ）はカバープレートの形成工程
を説明するための平面図および断面図である。

【図８】 （ａ）、（ｂ）はダイアフラムとカバープレ
ートの接合工程を説明するための平面図および断面図で
ある。

【図９】 （ａ）、（ｂ）は固定電極の形成工程を説明
するための平面図および断面図である。

【図１０】 （ａ）、（ｂ）は保持部材と可動プレート
の形成工程を説明するための平面図および断面図であ
る。

【図１１】 （ａ）、（ｂ）は保持部材と可動プレート
の形成工程を説明するための平面図および断面図であ
る。

【図１２】 （ａ）、（ｂ）は保持部材と可動プレート
の形成工程を説明するための平面図および断面図であ
る。

【図１３】 （ａ）、（ｂ）は保持部材と可動プレート
の形成工程を説明するための平面図および断面図であ
る。

【図１４】 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は保持部材と可動
プレートの形成工程を説明するための平面図、Ａ−Ａ断
面図およびＢ−Ｂ断面図である。

【図１５】 基板と保持部材との接合工程を説明するた
めの図である。

【図１６】 （ａ）〜（ｆ）は、保持部材と可動プレー
トを形成するための他の製造方法を説明するための断面
図である。

【図１７】 保持部材と可動プレートの分離工程を説明
するための断面図である。

【図１８】 （ａ）、（ｂ）は電極の形成の他の方法を
説明するための平面図および断面図である。

【図１９】 （ａ）、（ｂ）は保持部材と可動プレート
の形成工程を説明するための平面図、Ａ−Ａ断面図およ
びＢ−Ｂ断面図である。

【図２０】 （ａ）、（ｂ）は保持部材の表面に突出し
ている導電材にバンプを形成する工程を説明するための
平面図および断面図である。

【図２１】 電極の成形工程を説明するための断面図で
ある。

【図２２】 （ａ）、（ｂ）は可動プレートの周りに保
持部材を設けない構造のセンサ素子と圧力センサの製造
方法を説明するための平面図および断面図である。

【図２３】 （ａ）、（ｂ）はダイアフラムとカバープ
レートの接合工程を説明するための平面図および断面図
である。

【図２４】 （ａ）、（ｂ）は固定電極の形成工程を説
明するための平面図および断面図である。

【図２５】 （ａ）、（ｂ）は固定電極の配線部分を保
護膜によって覆う工程を説明するための平面図および断
面図である。

【図２６】 （ａ）、（ｂ）は固定電極のパッド部に金
のバンプを形成する工程を説明するための平面図および
断面図である。

【図２７】 （ａ）、（ｂ）は可動プレートの形成工程
を説明するための平面図および断面図である。

【図２８】 （ａ）、（ｂ）は可動プレートに電極間隔
設定用溝を形成する工程を説明するための平面図および
断面図である。

【図２９】 （ａ）、（ｂ）は可動電極の形成工程を説
明するための平面図および断面図である。

【図３０】 （ａ）、（ｂ）はダイアフラムと可動プレ
ート素材の接合工程を説明するための平面図および断面
図である。

【図３１】 （ａ）、（ｂ）は可動プレートの形成工程
を説明するための平面図および断面図である。

【図３２】 センサ素子の封止工程を説明するための断
面図である。

【図３３】 従来の静電容量式圧力センサの断面図であ
る。

【符号の説明】

２０…静電容量式圧力センサ、２１…基板、２２…保持
部材、２３…ダイアフラム、２３Ａ…起歪部、２３Ｂ…
固定部、２４…カバープレート、２５…可動プレート、
２５Ａ…電極形成部、２５Ｂ…接続部、２６…固定電
極、２７…可動電極、２８…電極取出用ピン、３１…真
空室、４４…圧力導入孔、４６…凹陥部、４７…電極形
成面、４８…重量軽減用孔、４９…接続面、５１…圧力
導入室、５４…過負荷防止部、５５…プレート素材、６
０…可動プレート素材、６１…分離用溝、６４…電極間
隔設定用溝。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空室の一部を構成するダイアフラムを
   備え、このダイアフラムの起歪部の弾性変形を静電容量
   変化として検出する静電容量式圧力センサのセンサ素子
   において、 中央部が起歪部を構成し、この起歪部より外側部分が固
   定部を構成するダイアフラムと、 圧力導入孔を有し、前記ダイアフラムの固定部が接合さ
   れることにより前記ダイアフラムとともに圧力導入室を
   形成するカバープレートと、 電極形成部とこの電極形成部の電極形成面の中央に一体
   に突設した接続部を有する可動プレートとからなり、 前記ダイアフラムの起歪部中央で前記カバープレート側
   とは反対側の面に前記可動プレートの接続部を接合し、
   前記ダイアフラムの固定部と前記可動プレートの電極形
   成部に固定電極と可動電極を互いに対向させて形成した
   ことを特徴とする静電容量式圧力センサのセンサ素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の静電容量式圧力センサの
   センサ素子において、 ダイアフラム、カバープレートおよび可動プレートを同
   一材料によってそれぞれ形成し、これらを直接接合によ
   って一体的に接合したことを特徴とする静電容量式圧力
   センサのセンサ素子。
3. 【請求項３】 真空室の一部を構成するダイアフラムを
   備え、このダイアフラムの起歪部の弾性変形を静電容量
   変化として検出する静電容量式圧力センサにおいて、 圧力導入孔を有し、前記ダイアフラムの受圧面を覆うこ
   とにより前記ダイアフラムとともに圧力導入室を形成す
   るカバープレートと、 前記カバープレートとともに前記ダイアフラムの外周縁
   部を挟持する枠状の保持部を有し、前記ダイアフラムと
   ともに前記真空室を形成する基板と、 電極形成部とこの電極形成部の電極形成面の中央に一体
   に突設した接続部を有し、この接続部が前記ダイアフラ
   ムの真空室側の面で起歪部の中央に接合された可動プレ
   ートとを具備し、 前記ダイアフラム、前記カバープレートおよび前記可動
   プレートによってセンサ素子を構成し、 前記ダイアフラムの外周縁部と前記可動プレートの前記
   電極形成面に固定電極と可動電極を互いに対向するよう
   に設けたことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の静電容量式圧力センサに
   おいて、 可動プレートの電極形成部に重量軽減用の孔を設けたこ
   とを特徴とする静電容量式圧力センサ。
5. 【請求項５】 請求項３または４記載の静電容量式圧力
   センサにおいて、 可動プレートの変位を規制する過負荷防止部を基板に備
   えたことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
6. 【請求項６】 請求項３，４または５記載の静電容量式
   圧力センサにおいて、 カバープレートは圧力導入室用の凹陥部を有し、 ダイアフラムは、厚みが一定の薄板状に形成されたもの
   であって、カバープレートに接合されることにより外周
   縁部が固定部を形成し、この固定部より内側部分が起歪
   部を形成し、前記固定部の真空室側の面に固定電極が形
   成されていることを特徴とする静電容量式圧力センサ。
7. 【請求項７】 請求項３，４，５または６記載の静電容
   量式圧力センサにおいて、 ダイアフラム、カバープレートおよび可動プレートを同
   一材料によってそれぞれ形成し、これらを直接接合によ
   って一体的に接合することによりセンサ素子を構成した
   ことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
8. 【請求項８】 請求項７記載の静電容量式圧力センサに
   おいて、 ダイアフラム、カバープレートおよび可動プレートがサ
   ファイアまたは石英によって形成されていることを特徴
   とする静電容量式圧力センサ。
9. 【請求項９】 真空室の一部を構成するダイアフラムを
   備え、このダイアフラムの起歪部の弾性変形を静電容量
   変化として検出する静電容量式圧力センサにおけるセン
   サ素子の製造方法において、 ダイアフラム素材によってダイアフラムを形成する工程
   と、 プレート素材によって圧力導入孔を有するカバープレー
   トを形成する工程と、 前記工程によって形成されたカバープレートと前記ダイ
   アフラムの外周縁部を一体的に接合して前記ダイアフラ
   ムの外周縁部を固定部とし、この固定部より内側部分を
   起歪部とする工程と、 前記ダイアフラムの固定部で前記カバープレート側とは
   反対側の面の外周縁部に固定電極を形成する工程と、 可動プレート素材の一方の面で中央部以外の部分をエッ
   チングによって除去することにより電極形成部を形成す
   るとともに、未エッチング部分によりダイアフラムに接
   合される接続部を形成する工程と、 前記可動プレート素材の前記電極形成部の電極形成面に
   可動電極を形成し可動プレートを形成する工程と、 前記可動プレートの前記接続部を前記ダイアフラムの起
   歪部中央に接合する工程とを備えたことを特徴とするセ
   ンサ素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 真空室の一部を構成するダイアフラム
    を備え、このダイアフラムの起歪部の弾性変形を静電容
    量変化として検出する静電容量式圧力センサにおけるセ
    ンサ素子の製造方法において、 ダイアフラム素材によって厚みが一定のダイアフラムを
    形成する工程と、 プレート素材によって圧力導入孔と、圧力導入室用の凹
    陥部を有するカバープレートを形成する工程と、 前記工程によって形成されたカバープレートと前記ダイ
    アフラムの外周縁部を一体的に接合して前記ダイアフラ
    ムの外周縁部を固定部とし、この固定部より内側部分を
    起歪部とする工程と、 前記ダイアフラムの固定部で前記カバープレート側とは
    反対側の面の外周縁部に固定電極を形成する工程と、 可動プレート素材の一方の面にダイアフラムの起歪部よ
    り大きい環状の分離用溝と、この分離用溝より外側に位
    置するピン用挿通孔を形成する工程と、 前記可動プレート素材の前記一方の面で前記分離用溝よ
    り内側部分をドライエッチングによって環状に除去して
    電極形成部を形成し、未エッチング部分によりダイアフ
    ラムに接合される接続部を形成する工程と、 前記可動プレート素材の前記電極形成部の電極形成面に
    可動電極を形成する工程と、 前記可動プレート素材の前記接続部と前記分離用溝より
    外側部分を前記ダイアフラムの起歪部と固定部に接合す
    る工程と、 前記可動プレート素材の前記ダイアフラム側とは反対側
    の面をドライエッチングによって所定深さ除去して前記
    分離用溝の閉塞端を開放させることにより、可動プレー
    ト素材を前記分離用溝より外側と内側の部分とに分離し
    て基板の保持部と可動プレートを形成する工程と、を備
    えたことを特徴とするセンサ素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の静電容量式圧力セン
    サにおけるセンサ素子の製造方法において、 可動プレート素材が、接合面に環状の第１分離用溝が形
    成された第１のプレート素材と、この第１のプレート素
    材と同一材料からなり、第１のプレート素材との接合面
    に環状の第２分離用溝が形成され、第１のプレート素材
    に対して直接接合される第２のプレート素材とからな
    り、 前記第１または第２のプレート素材の接合面に前記第１
    分離用溝と第２分離用溝を互いに接続する連通溝が形成
    されていることを特徴とするセンサ素子の製造方法。