(57)【要約】【課題】  高感度で遠心力等に伴う加速度の影響が少ない静電容量型圧力センサを提供する。【解決手段】  ダイヤフラム３と、ダイヤフラム３との間にギャップを介して対向配置された固定電極とが備えられてなり、ダイヤフラム３上に少なくとも１以上の線状の梁部８ａ、８ｂが設けられていることを特徴とする静電容量型圧力センサ１を採用する。【選択図】        図１
2006126127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムと、該ダイヤフラムとの間にギャップを介して対向配置された固定電極とが備えられてなり、前記ダイヤフラム上に少なくとも１以上の線状の梁部が前記ダイヤフラムを囲む外周部と離間して設けられていることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
前記梁部が、前記ダイヤフラムの平面視中央から放射状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項３】
前記梁部が前記ダイヤフラムの平面視中央部を必ず通るように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項４】
前記梁部が平面視略十字型に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項５】
前記ダイヤフラムが平面視円形に形成され、前記梁部の幅が前記ダイヤフラムの直径の５％以上１５％以下の寸法とされ、かつ前記梁部の長さが前記ダイヤフラムの直径の５０％以上８０％以下の寸法とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項６】
前記梁部の厚みが、前記ダイヤフラムを囲む前記外周部の厚みより薄く形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型圧力センサに関するものであり、特に、高感度で誤差の少ない静電容量型圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型圧力センサは、小型でしかも構造が単純であることから、最近になって様々な分野において急速に普及している。一例として、自動車のタイヤの空気圧をモニタリングする手段として、静電容量型圧力センサが採用され始めている。
【０００３】
図１１及び図１２に、従来の静電容量型圧力センサを示す。従来の静電容量型圧力センサ１０１は、図１１及び図１２に示すように、Ｓｉ基板１０２の一部を薄くして形成されたダイヤフラム１０３と、このダイヤフラム１０３に対向配置された固定電極１０４と、固定電極１０４及びＳｉ基板１０２を支持する支持基板１０５とを主体として構成されている。ダイヤフラム１０３と固定電極１０４との間にはギャップ１０６が設けられており、このギャップ１０６が誘電体となって一種の静電容量が形成されている。
この静電容量型圧力センサ１０１では、流体の圧力変化に対応してダイヤフラム１０３が撓むことによってギャップ量が変動し、このギャップ量の変動を静電容量の変化で捉えて圧力を検知できるようになっている。
【０００４】
しかし、図１１及び図１２に示す従来の静電容量型圧力センサにおいては、図１２の中の一点鎖線で示すように、ダイヤフラム１０３に圧力が加わるとダイヤフラム１０３自体が弾性変形することにより、ダイヤフラム１０３の中心部分が大きく撓む一方、周辺部分では撓み量が少なくなる。このため、ダイヤフラム１０３の全体の撓み量が中央部分と周辺部分とにより平均化され、結果的に撓み量が小さくなり、これに伴って静電容量の変化も小さくなり、圧力の検出感度が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで、下記特許文献１には、ダイヤフラムに角錐台形状のメサ部を設けることにより、圧力の感度の直線性を向上させた圧力センサが開示されている。
【特許文献１】特開平７−２０９１２１号公報（段落０００２、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の圧力センサを用いて、上述の自動車用タイヤの空気圧を測定しようとした場合には、次のような問題が生じる。すなわち、特許文献１の圧力センサは、ダイヤフラムから突出したメサ部が設けられており、このメサ部は、タイヤの回転に伴う遠心力を受けて、固定電極に対して傾斜する場合がある。この場合、圧力が変化していないにかかわらず、メサ部の傾斜によって静電容量の変化が生じてしまい、圧力変化を誤って検出してしまうおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高感度で遠心力等に伴う加速度の影響が少ない静電容量型圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の静電容量型圧力センサは、ダイヤフラムと、該ダイヤフラムとの間にギャップを介して対向配置された固定電極とが備えられてなり、前記ダイヤフラム上に少なくとも１以上の線状の梁部が前記ダイヤフラムを囲む外周部と離間して設けられていることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、梁部によってダイヤフラム中央部の部分的な弾性変形が防止され、ダイヤフラム全体が変位するので、圧力の変化に伴う静電容量の変化が大きくなり、静電容量型圧力センサの感度を高めることができる。また、梁部は、加速度の影響を比較的受けにくいので、加速度を受けた場合でも圧力変化を誤って検出する虞がない。
【００１０】
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記梁部が、前記ダイヤフラムの平面視中央から放射状に形成されていることが好ましい。
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記梁部が前記ダイヤフラムの平面視中央部を必ず通るように形成されていることが好ましい。
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記梁部が平面視略十字型に形成されていることが好ましい。
【００１１】
これらの構成により、ダイヤフラムの最大変位面積を広く確保することができ、静電容量型圧力センサの感度をより高めることができる。
【００１２】
また、本発明の静電容量型圧力センサは、先に記載の静電容量型圧力センサであり、前記ダイヤフラムが平面視円形に形成され、前記梁部の幅が前記ダイヤフラムの直径の５％以上１５％以下の寸法とされ、かつ前記梁部の長さが前記ダイヤフラムの直径の５０％以上８０％以下の寸法とされていることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、ダイヤフラムの全面積に対する圧力印加時の最大変位面積を、５０％以上にすることができ、感度を高めることができる。
【００１４】
また、本発明の静電容量型圧力センサは、先に記載の静電容量型圧力センサであり、前記梁部の厚みが、前記ダイヤフラムを囲む前記外周部の厚みより薄く形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成により、梁部は加速度の影響をより受けにくくなり、圧力変化を誤って検出する虞がより少なくなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の静電容量型圧力センサによれば、圧力を高感度で検知できるとともに、加速度等の影響を排除して圧力を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。尚、図１〜図９に本発明の静電容量型圧力センサの実施形態を示すが、これらの図は静電容量型圧力センサの構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の静電容量型圧力センサの寸法関係等と必ずしも一致するものではない。
【００１８】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図であり、図２は、図１中Ａ-Ａ’線に対応する断面模式図である。
【００１９】
図１及び図２に示す静電容量型圧力センサ１は、Ｓｉ基板２の一部を薄くして形成されたダイヤフラム３と、このダイヤフラム３に対向配置された固定電極４と、固定電極４及びＳｉ基板２を支持する支持基板５とを主体として構成されている。ダイヤフラム３と固定電極４との間にはギャップ６が設けられており、このギャップ６が誘電体となって一種の静電容量が形成されている。この静電容量型圧力センサ１では、流体の圧力変化に対応してダイヤフラム３が撓むことによってギャップ量が変動し、このギャップ量の変動を静電容量の変化で捉えて圧力変化を検知できるようになっている。
【００２０】
支持基板５は、ガラス等により構成されている。また、Ｓｉ基板２は、単結晶シリコンから切り出されてなるものである。そして、Ｓｉ基板２と支持基板５とが陽極接合により接合されている。
【００２１】
ダイヤフラム３の固定電極４側には、ギャップ６を区画する第１凹部７ａが設けられている。この第１凹部７ａは、図１に示すように、平面視略円形状に形成されている。また、支持基板５上には、第１凹部７ａに対向するようにして、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ等からなる固定電極４が配置されている。この固定電極４も、第１凹部７ａの形状に対応して平面視略円形状とされている。この第１凹部７ａの周囲には、支持基板３側に突出形成された接合部１０が設けられている。この接合部１０を介して支持基板５とＳｉ基板２とが陽極接合されている。
また、ダイヤフラム３の固定電極４と反対側の上面３ａには第２凹部７ｂが設けられている。この第２凹部７ｂは、図１に示すように、平面視矩形状に形成されている。Ｓｉ基板２の両面に第１凹部７ａ及び第２凹部７ｂを設けることによって、ダイヤフラム３の厚みがＳｉ基板２の本来の厚みよりも薄く形成されている。
【００２２】
またダイヤフラム３の上面３ａには梁部８が形成されている。この梁部８は、図１に示すように、平面視略十字形状に形成されている。
また、Ｓｉ基板２の外周には第２凹部７ｂを区画する外周部９が形成されている。この外周部９は、第２凹部７ｂ内にある梁部８よりも厚く形成されている。梁部８はこの外周部９に対して一定の間隔をあけて離間して設けられている。
【００２３】
梁部８は、ダイヤフラム３の平面視中央部において、線状の第１梁部８ａと第２梁部８ｂとが相互に９０°の角度で交差することにより、平面視略十字形状に形成されている。第１梁部８ａが図１中縦方向に形成され、第２梁部８ｂが図１中横方向に形成されている。各梁部８ａ、８ｂは、ダイヤフラム３の平面視中央部Ｏを必ず通るように形成されている。この構成により梁部８は、ダイヤフラム３の平面視中央部Ｏからみて放射状に形成されている。
【００２４】
また、第１梁部８ａは、ダイヤフラム３の上面３ａから突出した上面部８ａ１と、この上面部８ａ１の周囲に形成されて上面部８ａ１とダイヤフラムの上面３ａとを連結する傾斜部８ａ２とから構成されている。同様に、第２梁部８ｂは、上面部８ｂ１と、この上面部８ｂ１の周囲に形成されて上面部８ｂ１とダイヤフラムの上面３ａとを連結する傾斜部８ｂ２とから構成されている。また、各梁部８ａ、８ｂはほぼ同じ高さに形成され、これにより各上面部８ａ１、８ｂ１がダイヤフラムのほぼ中央で同一面を形成している。
【００２５】
Ｓｉ基板２は、Ｓｉ単結晶から切り出されたものであり、またダイヤフラム３及び梁部８は、このＳｉ単結晶を異方性エッチングすることにより形成されたものである。そして、第１、第２梁部８ａ、８ｂの上面部８ａ１、８ｂ１がＳｉの（１００）面とされ、第１、第２梁部８ａ、８ｂの傾斜部８ａ２、８ｂ２がＳｉの（１１１）面とされている。また、ダイヤフラム３の上面３ａもＳｉの（１００）面とされている。これにより、上面部８ａ１、８ｂ１及び上面３ａに対する傾斜部８ａ２、８ｂ２の傾斜角度が、５４．７°に設定されている。
【００２６】
梁部８を除いたダイヤフラム３の厚みｔ１は、１０〜６０μｍの範囲に設定されている。また、梁部８の厚みｔ２は、５０〜１００μｍの範囲に設定されている。これにより、梁部８を含むダイヤフラム３の厚みｔ３（＝ｔ１＋ｔ２）は、６０〜１６０μｍの範囲に設定されている。
【００２７】
次に、図１に示すように、ダイヤフラム３の直径をｄ１とし、第１、第２梁部８ａ、８ｂの幅をそれぞれｗ１、ｗ２としたとき、ｗ１、ｗ２はそれぞれ、ダイヤフラム３の直径ｄ１の５％以上１５％以下の寸法とされている。また、第１、第２梁部８ａ、８ｂの長さをそれぞれｍ１、ｍ２としたとき、ｍ１、ｍ２はそれぞれ、ダイヤフラム３の直径ｄ１の５０％以上８０％以下の寸法とされている。この構成により、第１，第２梁部８ａ、８ｂがダイヤフラム３の外側へはみ出ないようになっている。なお、ここで、ダイヤフラム３の直径ｄ１とは、第１凹部７ａと接合部１０との境界線上の任意の点から、ダイヤフラム３の中心を通って、第１凹部７ａと接合部１０との境界線上の別の点までを結ぶ直線の長さである。また、第１，第２梁部８ａ、８ｂの幅ｗ１、ｗ２及び長さｍ１、ｍ２は、傾斜部８ａ２、８ｂ２を含む寸法である。
【００２８】
次に、Ｓｉ基板２の外周部９は、ダイヤフラム３の上面３ａから突出した上面部９ａ１と、この上面部９ａ１と上面３ａとの間に形成されて上面部９ａ１と上面３ａとを連結する傾斜部９ａ２とから構成されている。上面部９ａ１は、梁部８の上面部８ａ１、８ｂ１よりも突出して形成されている。これにより梁部８の厚みが、外周部９の厚みよりも薄く形成されている。また、外周部の上面部９ａ１がＳｉの（１００）面とされ、傾斜部９ａ２がＳｉの（１１１）面とされている。これにより、上面部９ａ１に対する傾斜部９ａ２の傾斜角度が、５４．７°に設定されている。
【００２９】
次に、上記の静電容量型圧力センサ１の動作について説明する。ダイヤフラム３は、接合部１０を固定端としてギャップ６を介して支持基板５の固定電極４上に配置されている。そしてダイヤフラム３は、第２凹部７ｂ側において測定対象となる流体と接している。測定対象の流体の圧力が高まると、ダイヤフラム３が固定電極４側に撓んでギャップ６が小さくなる。このとき、ダイヤフラム３は接合部１０によって周囲が固定されているために、ダイヤフラムの周辺部よりも中央部が大きく変形して固定電極側に撓もうとする。しかしダイヤフラム３には略十字形状の梁部８が設けられており、この梁部８によってダイヤフラム３の中央部の強度が補強されているため、ダイヤフラム３の中央部のみが大きく撓むことがなく、ダイヤフラムのほぼ全体が固定電極４側に変位する。これにより、ギャップ６の変化量が梁部８を設けない場合と比べて大きくなり、静電容量の変化が大きくなって圧力感度が向上する。
【００３０】
また、第１、第２梁部８ａ、８ｂがダイヤフラム３の中央部Ｏを必ず通って周辺部まで延びているので、ダイヤフラムの中央部Ｏのみが撓むことがなく、ダイヤフラムのほぼ全体が固定電極４側に変位し、圧力感度が向上する。
更に、梁部８が平面視略十字形状に形成されているので、ダイヤフラム３の中央部Ｏから周辺部分にかけての広い部分の強度を補強することができる。これにより、圧力を受けた際に変位するダイヤフラム３の変位面積を広く確保することができ、これにより静電容量の変化が大きくなって圧力感度を向上することができる。
特に、ダイヤフラムの直径ｄ１に対する梁部８の寸法ｗ１、ｗ２、ｍ１及びｍ２を上記の範囲に設定することにより、ダイヤフラム３の全面積に対する圧力印加時の変位面積を５０％以上にすることができ、感度をより向上することができる。
【００３１】
また、梁部８の厚みが、周辺部９の厚みより低く設定されているので、梁部８全体のボリュームが小さくなり、加速度等の影響を受けにくくなる。これにより、加速度の影響を極力排除することができ、圧力センサの誤動作を防止することができる。
【００３２】
次に、本実施形態の静電容量型圧力センサ１の製造方法について説明する。
まず、図３Ａに示すように、単結晶のＳｉ基板２を用意する。このＳｉ基板２の上面２ａは、Ｓｉの（１００）面となっている。そして、図３Ａに示すように、Ｓｉ基板２の下面２ｂ側をウエットエッチングまたはドライエッチングして第１凹部７ａを形成する。この第１凹部７ａが、Ｓｉ基板２と支持基板５とが接合されたときにギャップ６となる。第１凹部７ａの深さｄ３は、０．５〜２．０μｍ程度とすることが好ましい。深さｄ３が０．５μｍ未満だとギャップが狭すぎて支持基板との接合時にダイヤフラムと固定電極とが接触し、貼り付いてしまう可能性があるので好ましくない。また深さｄ３が２．０μｍを越えると圧力変化に対するギャップの変化が小さくなり、感度が低下するので好ましくない。
【００３３】
次に図３Ｂに示すように、Ｓｉ基板２の上面２ａ側に図示略のマスクを重ねた状態でウエットエッチングすることにより、第２凹部７ｂを形成する。エッチング液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化３メチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）水溶液等を用いることが好ましい。これらのエッチング液を用いてエッチングを行うことによりＳｉ基板２が異方性エッチングされる。形成された第２凹部７ｂは、その底面部７ｂ１がＳｉの（１００）面となり、底面部７ｂ１を囲む傾斜部７ｂ２がＳｉの（１１１）面となる。この傾斜部７ｂ２がのちに外周部９の傾斜部９ａ２となる。なお、第２凹部の深さｄ４は５０〜２００μｍ程度とすることが好ましい。
【００３４】
次に図３Ｃに示すように、第２凹部７ｂの底面部７ｂ１に図示略のマスクを重ねた状態でウエットエッチングすることにより、第１、第２梁部８ａ、８ｂからなる平面視略十字形状の梁部８を形成する。エッチング液は先ほどと同様に、水酸化カリウム水溶液、ＴＭＡＨ水溶液、ＥＤＰ水溶液を用いることが好ましい。これらのエッチング液を用いてエッチングを行うことによりＳｉ基板２が異方性エッチングされる。形成された梁部８は、その上面部８ａ１、８ｂ１がＳｉの（１００）面となり、これら上面部８ａ１、８ｂ１を囲む傾斜部８ａ２、８ｂ２がＳｉの（１１１）面となる。梁部８の厚みｔ２は５０〜１００μｍ程度とすることが好ましい。また、梁部８の周囲にあるダイヤフラムの厚みｔ１は１０〜６０μｍ程度とすることが好ましい。
【００３５】
そして、支持基板５上に固定電極４を形成した上で、エッチング済みのＳｉ基板２を支持基板５上に重ねてから、真空中でＳｉ基板２及び支持基板５を陽極接合する。このようにして、図１及び図２に示すような静電容量型圧力センサ１が得られる。
【００３６】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態である静電容量型圧力センサ２１の構成を示す平面模式図であり、図５は、図４中Ｂ-Ｂ’線に対応する断面模式図である。なお、図４及び図５に示す構成要素の内、先の図１及び図２に示した第１の実施形態の静電容量型圧力センサの構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付けた上で、その説明を省略する。
【００３７】
本実施形態と第１の実施形態との相違点は、平面視略十字形状の梁部に代えて、一本の線状の梁部２８を設けた点である。
即ち、図４及び図５に示すように、この梁部２８は、平面視略Ｉ字形状に形成されている。この梁部２８は、ダイヤフラム３の平面視中央部Ｏを必ず通るように形成されている。この構成により梁部２８は、ダイヤフラム３の平面視中央からみて放射状かつ対称に形成されている。梁部２８は外周部９に対して一定の間隔をあけて離間して設けられている。
【００３８】
また、梁部２８は、ダイヤフラム３の上面３ａから突出した上面部２８ａ１と、この上面部２８ａ１の周囲に形成されて上面部２８ａ１とダイヤフラムの上面３ａとを連結する傾斜部２８ａ２とから構成されている。
また、Ｓｉ基板２は、Ｓｉ単結晶から切り出されたものであり、ダイヤフラム３及び梁部２８は、このＳｉ単結晶を異方性エッチングすることにより形成されたものである。従って梁部２８の上面部２８ａ１がＳｉの（１００）面とされ、傾斜部２８ａ２がＳｉの（１１１）面とされている。また、ダイヤフラム３の上面３ａもＳｉの（１００）面とされている。これにより、上面部２８ａ１及び上面３ａに対する傾斜部２８ａ２の傾斜角度が、５４．７°に設定されている。
【００３９】
また、梁部２８を除いたダイヤフラム３の厚みｔ１は１０〜６０μｍの範囲に設定され、梁部２８の厚みｔ２は５０〜１００μｍの範囲に設定され、梁部２８を含むダイヤフラム３の厚みｔ３（＝ｔ１＋ｔ２）は６０〜１６０μｍの範囲に設定されている。
【００４０】
次に、図４に示すように、ダイヤフラム３の直径をｄ１とし、梁部２８の幅をｗ３としたとき、ｗ３は直径ｄ１の５％以上１５％以下の寸法とされている。また、梁部２８の長さをｍ３としたとき、ｍ３は直径ｄ１の５０％以上８０％以下の寸法とされている。この構成により、梁部２８がダイヤフラム３の外側にはみ出ないようになっている。なお、梁部２８の幅ｗ３及び長さｍ３は傾斜部２８ａ２を含む寸法である。
【００４１】
本実施形態の静電容量型圧力センサ２１によれば、第１の実施形態の静電容量型圧力センサと同様な効果が得られる。
【００４２】
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態を図面を参照して説明する。図６は、本発明の第３の実施形態である静電容量型圧力センサ３１の構成を示す平面模式図であり、図７は、図６中Ｃ-Ｃ’線に対応する断面模式図である。なお、図６及び図７に示す構成要素の内、先の図１及び図２に示した第１の実施形態の静電容量型圧力センサ１の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付けた上で、その説明を省略する。
【００４３】
本実施形態と第１の実施形態との相違点は、平面視略十字形状の梁部に加えて、この十字状の梁部を囲む第３梁部を形成することにより、平面視格子状の梁部３８を設けた点である。
即ち、図６及び図７に示すように、この梁部３８は、ダイヤフラム３の平面視中央部において、相互に９０°の角度で交差する線状の第１梁部３８ａ及び第２梁部３８ｂと、これら第１、第２梁部３８ａ、３８ｂを囲む第３梁部３８ｃとから構成されている。第３梁部３８ｃは、第１、第２梁部３８ａ、３８ｂと９０°の角度で接している。この構成により梁部３８は、ダイヤフラム３の平面視中央部Ｏからみて放射状かつ対称に形成されている。また各梁部３８ａ〜３８ｃは、外周部９に対して一定の間隔をあけて離間して設けられている。
【００４４】
本実施形態の静電容量型圧力センサ３１によれば、第１の実施形態の静電容量型圧力センサ１と同様な効果が得られる。
【００４５】
［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態を図面を参照して説明する。図８は、本発明の第５の実施形態である静電容量型圧力センサ５１の構成を示す平面模式図であり、図９は、図８中Ｅ-Ｅ’線に対応する断面模式図である。なお、図８及び図９に示す構成要素の内、先の図１及び図２に示した第１の実施形態の静電容量型圧力センサ１の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付けた上で、その説明を省略する。
【００４６】
本実施形態の静電容量型圧力センサ５１は、平面視略十字形状の梁部５８を形成する点では第１の実施形態と共通する一方、梁部５８の高さをＳｉ基板の外周部５９の高さと同一にした点が相異する。
即ち、図８及び図９に示すように、本実施形態の梁部５８は、ダイヤフラム３の平面視中央部Ｏにおいて、線状の第１梁部５８ａと第２梁部５８ｂとが相互に９０°の角度で交差することにより、平面視略十字形状に形成されている。各梁部５８ａ、５８ｂは、ダイヤフラム３の平面視中央部Ｏを必ず通るように形成されている。この構成により梁部５８は、ダイヤフラム３の平面視中央からみて対称に形成されている。また第１，第２梁部５８ａ、５８ｂはダイヤフラム３の外側にはみ出ないようになっている。尚、ダイヤフラム３の直径と、第１、第２梁部５８ａ、５８ｂの幅及び長さの寸法関係は第１の実施形態と同様である。また各梁部５８ａ、５８ｂは、外周部５９に対して一定の間隔をあけて離間して設けられている。
【００４７】
また、第１梁部５８ａは、ダイヤフラム３の上面３ａから突出した上面部５８ａ１と、この上面部５８ａ１の周囲に形成されて上面部５８ａ１とダイヤフラムの上面３ａとを連結する側壁部５８ａ２とから構成されている。同様に、第２梁部５８ｂは、上面部５８ｂ１と、この上面部５８ｂ１の周囲に形成されて上面部５８ｂ１とダイヤフラムの上面３ａとを連結する側壁部５８ｂ２とから構成されている。また、各梁部５８ａ、５８ｂはほぼ同じ高さに形成され、これにより各上面部５８ａ１、５８ｂ１がダイヤフラムのほぼ中央で同一面を形成している。
【００４８】
Ｓｉ基板２は、Ｓｉ単結晶から切り出されたものであり、またダイヤフラム３及び梁部５８は、このＳｉ単結晶をドライエッチングすることにより形成されたものである。これにより、上面部５８ａ１、５８ｂ１及び上面３ａに対する側壁部５８ａ２、５８ｂ２の傾斜角度が、９０°に設定されている。
【００４９】
梁部５８を除いたダイヤフラム３の厚みｔ４は、１０〜６０μｍの範囲に設定されている。また、梁部８の厚みｔ５は、１９０〜５００μｍの範囲に設定されている。これにより、梁部８を含むダイヤフラム３の厚みｔ６（＝ｔ４＋ｔ５）は、２００〜５５０μｍの範囲に設定されている。
【００５０】
次に、Ｓｉ基板２の外周部５９は、ダイヤフラム３の上面３ａから突出した上面部５９ａ１と、この上面部５９ａ１と上面３ａとの間に形成されて上面部５９ａ１と上面３ａとを連結する側壁部５９ａ２とから構成されている。上面部５９ａ１は、梁部５８の上面部５８ａ１、５８ｂ１とほぼ同じ高さに形成されている。これにより梁部５８の厚みが、外周部５９の厚みと同一にされている。また、上面部５９ａ１に対する側壁部５９ａ２の傾斜角度が、９０°に設定されている。
【００５１】
なお、本実施形態の静電容量型圧力センサ５１の製造方法は次に通りである。まず、Ｓｉ基板２の上面にマスクを重ねてからドライエッチングをすることにより、平面視略十字型の梁部５８を形成する。このとき、ダイヤフラムの厚みｔ４が１０μｍ〜５０μｍの範囲になるまでドライエッチングを続ける。そして、エッチングが完了したならば、エッチング済みのＳｉ基板を真空中で支持基板５に陽極接合させる。このようにして、本実施形態の静電容量型圧力センサ５１が得られる。
【００５２】
本実施形態の静電容量型圧力センサ５１によれば、第１の実施形態の静電容量型圧力センサ１と同様な効果が得られる。
更に本実施形態の静電容量型圧力センサ５１によれば、Ｓｉ基板２をドライエッチングして梁部５８を形成するため、第１〜第４の実施形態のように梁部に傾斜部が形成されることがなく、これにより梁部を小さくすることができ、静電容量型圧力センサ５１の小型化を図ることができる。
【実施例】
【００５３】
ギャップの厚みを０．５μｍとし、ダイヤフラムの直径ｄ１を１０００μｍとし、ダイヤフラムの厚みｔ１を５０μｍとし、梁部の厚みｔ２を５０μｍとし、梁部を含むダイヤフラムの厚みｔ３を１００μｍとし、直径ｄ１に対する第１、第２梁部の幅ｗ１、ｗ２を１０％とし、第１、第２梁部の長さｍ１、ｍ２を７０％とすることにより、図１及び図２に示した第１の実施形態の静電容量型圧力センサと同一構成の実施例１のセンサを製造した。
【００５４】
ギャップの厚みを０．７μｍとし、ダイヤフラムの直径ｄ１を１０００μｍとし、ダイヤフラムの厚みｔ１を５０μｍとすることにより、図１１及び図１２に示した従来の静電容量型圧力センサと同一構成の比較例１のセンサを製造した。
【００５５】
次に、図１３及び図１４に示すような比較例２の静電容量型圧力センサを製造した。図１３及び図１４に示す静電容量型圧力センサは、ダイヤフラム３上に、円環状の梁部６８が形成されてなるものである。尚、ギャップの厚みを０．５μｍとし、ダイヤフラムの直径ｄ１を１０００μｍとし、ダイヤフラムの厚みｔ７を５０μｍとし、梁部の厚みｔ８を１００μｍとし、梁部６８を含むダイヤフラムの厚みｔ９を１５０μｍとし、円環状の梁部６８の外径を５００μｍとし、梁部６８の幅を５０μｍとした。
【００５６】
実施例１、比較例１及び２の静電容量型圧力センサについて、圧力を０〜５００ｋＰａまで加圧したときの静電容量の変化を調査した。図１０に、圧力と静電容量との関係を示す。
図１０に示すように、実施例１の静電容量型圧力センサは、圧力変化に対する静電容量の変化量が、比較例１及び２に対して大きくなっていることが分かる。これに対し、比較例１のセンサは、０ｋＰａの時の静電容量自体が小さく、更に、圧力変化に対する静電容量の変化量も実施例１と比べて小さいことがわかる。これは、実施例１の圧力センサでは、十字形状の梁部が設けられているため、圧力印加時のダイヤフラムの変位部分の面積が大きくなり、静電容量の変化が大きくなったものと考えられる。
次に、図１０に示すように、比較例２の静電容量型圧力センサは、０〜１００ｋＰａの時の静電容量自体は実施例１とほぼ同等であるが、１００ｋＰａを越えると静電容量の変化量が実施例１より小さいことが分かる。これは、比較例２の梁部の形状が円環状であるため、ダイヤフラムの中央部分には梁部が形成されておらず、これにより梁部によってダイヤフラムを補強することができずに、ダイヤフラムの中央部分のみの撓み量が大きくなり、圧力印加時のダイヤフラムの変位部分の面積が小さくなって、静電容量の変化が小さいままであったためと考えられる。
【００５７】
尚、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、第４の実施形態において、梁部の形状を十字形状に限らず、線状にしたり、放射状にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。
【図２】図２は、図１のＡ-Ａ’線に対応する断面模式図。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための工程図。
【図４】図４は本発明の第２の実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。
【図５】図５は、図４のＢ-Ｂ’線に対応する断面模式図。
【図６】図６は本発明の第３の実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。
【図７】図７は、図６のＣ-Ｃ’線に対応する断面模式図。
【図８】図８は本発明の第４の実施形態の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。
【図９】図９は、図８のＥ-Ｅ’線に対応する断面模式図。
【図１０】図１０は、実施例１及び比較例１，２の静電容量型圧力センサの圧力と静電容量との関係を示すグラフ。
【図１１】図１１は従来の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。
【図１２】図１２は、図１１のＦ-Ｆ’線に対応する断面模式図。
【図１３】図１３は比較例２の静電容量型圧力センサの構成を示す平面模式図。
【図１４】図１４は、図１３のＧ-Ｇ’線に対応する断面模式図。
【符号の説明】
【００５９】
１…静電容量型圧力センサ、３…ダイヤフラム、４…固定電極、６…ギャップ、８ａ、８ｂ…梁部、９…外周部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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