(57)【要約】  【課題】  外部の圧力を精度良く検出することができ、信頼性に優れた圧力検出装置用基体および圧力検出装置を提供する。  【解決手段】  上側電極３または下側電極４の少なくとも一方は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線の内側に形成されるとともに可撓領域１ｅの外側にかけて複数の引出し部５で引き出されており、複数の引出し部５は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置されている圧力検出装置用基体である。加工硬化による上側電極３と下側電極４との距離の変化を低減するとともに、絶縁基体１が破損する可能性を低減することができ、外部の圧力を長期間にわたって精度良く検出することができる信頼性に優れた圧力検出装置用基体および圧力検出装置となる。【選択図】  図１
2011007499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に対向する上面および下面がある内部空間を有し、表面に複数の電極用導体層を有するセラミックスから成る絶縁基体と、前記内部空間の前記上面および前記下面にそれぞれ前記電極用導体層の少なくとも１つに電気的に接続されて形成された、互いに対向する上側電極および下側電極とを備え、前記上面および前記下面の少なくとも一方が、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域である圧力検出装置用基体であって、前記可撓領域である前記上面に形成された前記上側電極および前記可撓領域である前記下面に形成された前記下側電極は、前記可撓領域と該可撓領域の外側との境界の内側に形成されているとともに前記可撓領域の外側にかけて複数の引出し部で引き出されており、該複数の引出し部は、前記可撓領域と該可撓領域の外側との境界上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置されていることを特徴とする圧力検出装置用基体。
【請求項２】
前記可撓領域における前記複数の引出し部の形状が同じであることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置用基体。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の圧力検出装置用基体の前記電極用導体層に電子部品が電気的に接続されていることを特徴とする圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力を検出するための静電容量型の圧力検出装置用基体および圧力検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力を検出するための圧力検出装置として静電容量型の圧力検出装置がある。この静電容量型の圧力検出装置に用いられる圧力検出装置用基体として、表面に静電容量形成用の第１の電極が形成されたセラミックスから成る絶縁基板と、絶縁基板との間に所定の空間を設けて絶縁基板の表面に可撓な状態で接合され、第１の電極に対向するように静電容量形成用の第２の電極が形成されたセラミックスから成るダイアフラムとを備えているものが知られている。この圧力検出装置用基体は、絶縁基板とダイアフラムおよびその間のスペーサとが一体的に形成されて、これらによって絶縁基体に密閉された内部空間が形成されたものとなっている。これによれば、外部の圧力変動に伴ってダイアフラムが撓むと、第１の電極と第２の電極との間隔が変化してその間の静電容量が変化するので、その静電容量の変化により圧力変動を検知することができるというものである（例えば、特許文献１を参照。）。このような静電容量型の圧力検出装置用基体では、第２の電極はダイアフラムの下面に可撓領域を含んで可撓領域の外側にまで広がって形成されており、第２の電極とスペーサに設けられた配線導体とが可撓領域の外側で電気的に接続されている。
【０００３】
また、第２の電極が、可撓領域の際よりも内側に形成され、第２の電極から引き出された１本の引出し電極によってスペーサに設けられた配線導体に電気的に接続される場合もある（例えば、特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007−171053号公報
【特許文献２】特開2004−163196号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第２の電極が可撓領域の外側にまで広がって形成された圧力検出装置用基体では、外部から圧力が印加されてダイアフラムが繰り返し撓んだ場合に、ダイアフラムの撓み量が変化して、外部の圧力を精度良く検出することができなくなる場合があるという問題点があった。これは、ダイアフラムの可撓領域と可撓領域の外側との境界部分において第２電極の変形が最も大きく、ダイアフラムが繰り返し撓むことで、この境界部分が加工硬化しやすいことによるものであった。すなわち、第２の電極の境界部分が加工硬化すると、境界部分で変形しにくくなるので、ダイアフラムも撓みにくくなり、圧力変動に対するダイアフラムの撓み量が変化してしまうというものであった。また、第２電極の境界部分が塑性変形することによって、外部から圧力が印加されていない状態でもダイアフラムがわずかに撓んだ状態となってしまうものでもあった。近年は、圧力検出装置の小型化および薄型化に伴い、第１の電極および第２の電極の面積が小さくなるとともに、第１の電極と第２の電極との間隔が狭くなってきているため、上述のように加工硬化により圧力変動に対するダイアフラムの撓み量が変化してしまったり電極間隔が変化してしまったりすると、外部の圧力を精度良く検出することができなくなるという問題点があった。
【０００６】
また、第２の電極が可撓領域と可撓領域の外側との境界部分よりも内側に形成され、１本の引出し電極により可撓領域の外に引き出される圧力検出装置用基体では、ダイアフラムの可撓領域と可撓領域の外側との境界をまたがる引出し電極の幅が狭いので、上記のようなダイアフラムの撓み量の変化は小さいものである。しかしながら、引出し電極が１本であることから、ダイアフラムが繰り返し撓んだ場合にその変形量が変化しやすい部分、および引出し電極が配置されることによって厚みが厚くなる部分が、可撓領域の外周部の１箇所だけであり、可撓領域の外周部に偏って配置されてしまうものであった。そのため、可撓領域の撓みにも偏りが生じてしまい、可撓領域の変位が最も大きくなる部分が可撓領域の中央からずれて、可撓領域の最大変位幅が小さくなってしまうので、外部の圧力を精度良く検出することができなくなることがあった。近年は、圧力検出装置の小型化および薄型化に伴ってダイアフラムが薄くなってきており、特に高圧環境下で用いられる場合は、上述のように可撓領域が偏って撓むと、可撓領域と可撓領域の外側との境界でダイアフラムの変形が特に大きい部分ができるので、この部分でダイアフラムが破損する可能性もあった。また、１本の引出し電極に応力が集中して加わることから、引出し電極が断線してしまう可能性もあった。
【０００７】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、外部の圧力を精度良く検出することができ、信頼性に優れた圧力検出装置用基体および圧力検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧力検出装置用基体は、互いに平行に対向する上面および下面がある内部空間を有し、表面に複数の電極用導体層を有するセラミックスから成る絶縁基体と、前記内部空間の前記上面および前記下面にそれぞれ前記電極用導体層の少なくとも１つに電気的に接続されて形成された、互いに対向する上側電極および下側電極とを備え、前記上面および前記下面の少なくとも一方が、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域である圧力検出装置用基体であって、前記可撓領域である前記上面に形成された前記上側電極および前記可撓領域である前記下面に形成された前記下側電極は、前記可撓領域と該可撓領域の外側との境界の内側に形成されているとともに前記可撓領域の外側にかけて複数の引出し部で引き出されており、該複数の引出し部は、前記可撓領域と該可撓領域の外側との境界上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の圧力検出装置用基体は、上記構成において、前記可撓領域における前記複数の引出し部の形状が同じであることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の圧力検出装置は、上記構成の圧力検出装置用基体の前記電極用導体層に電子部品が電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の圧力検出装置用基体によれば、可撓領域である上面に形成された上側電極および可撓領域である下面に形成された下側電極は、可撓領域と可撓領域の外側との境界の内側に形成されるとともに可撓領域の外側にかけて複数の引出し部で引き出されており、これら複数の引出し部は、可撓領域と可撓領域の外側との境界上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置されていることから、可撓領域と可撓領域の外側との境界上に形成される電極である引出し部の幅を小さくすることができ、外部から繰り返し加わる圧力によるダイアフラムの繰り返される変形によって塑性変形したり加工硬化したりする部分を減らすことができるので、ダイアフラムが撓みにくくなったり、外部からの圧力が加わらない状態でもダイアフラムが撓んだ状態となったりすることを抑制することができる。また、複数の引出し部が、可撓領域と可撓領域の外側との境界上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置されていることから、境界上における引出し部の配置の偏り、即ちダイアフラムが繰り返し撓んだ場合にその変形量が変化しやすい部分の配置の偏りが基本的にないので、外部から圧力が加わった際に、可撓領域の中央が変位の最も大きい部分となるように良好に撓ませることができ、可撓領域と可撓領域の外側との境界でダイアフラムの変形が特に大きい部分ができるようなことがないので、可撓領域と可撓領域の外側との境界でダイアフラムが破損することを抑制することができる。従って、外部から加わる圧力を長期間にわたって精度良く検出することができ、信頼性に優れた圧力検出装置用基体とすることができる。
【００１２】
また、本発明の圧力検出装置用基体によれば、上記構成において、可撓領域における複数の引出し部の形状が同じであるときには、可撓領域に形成された引出し部およびその周囲の外部から加わる圧力による変形が同じになり、可撓領域の周方向における変形の偏りをより低減できるので、外部から圧力が加わった際に、可撓領域をより良好に撓ませることができ、外部の圧力検出の精度をより良くすることができるとともに、絶縁基体が破損する可能性をより低減することができる。
【００１３】
本発明の圧力検出装置によれば、上記構成の本発明の圧力検出装置用基体の電極用導体層に電子部品が電気的に接続されていることから、圧力検出装置用基体によって外部からの圧力の変化を精度よく検出して、電子部品によって圧力の変化による静電容量の変化に応じた出力信号を処理することで、静電容量の変化を外部の圧力値の変化として精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の一例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の圧力検出装置用基体の内部を透視して示す下面図である。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面の一例を示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の一例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の圧力検出装置用基体の内部を透視して示す下面図である。
【図４】（ａ）は本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の一例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の圧力検出装置用基体の内部を透視して示す上面図である。
【図５】本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の圧力検出装置用基体の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の圧力検出装置の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の圧力検出装置用基体および圧力検出装置について、添付の図面を参照しつつ説明する。図１〜図８において、１は絶縁基体、１ａは内部空間、１ｂは絶縁基板、１ｃはスペーサ、１ｄはダイアフラム、１ｅは可撓領域、１ｆは内部配線、１ｇは枠体、１ｈは凹部、１ｉは切欠き状の凹部、２は電極用導体層、３は上側電極、４は下側電極、５は引出し部、６は電子部品、７は導電性接合材、８は封止樹脂である。
【００１６】
本発明の圧力検出装置用基体は、図１〜図８に示す例のように、互いに平行に対向する上面および下面がある内部空間１ａを有し、表面に複数の電極用導体層２を有するセラミックスから成る絶縁基体１と、内部空間１ａの上面および下面にそれぞれ電極用導体層２の少なくとも１つに電気的に接続されて形成された、互いに対向する上側電極３および下側電極４とを備え、上面および下面の少なくとも一方が、外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域１ｅである圧力検出装置用基体であって、可撓領域１ｅである上面に形成された上側電極３および可撓領域１ｅである下面に形成された下側電極４は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界の内側に形成されているとともに可撓領域１ｅの外側にかけて複数の引出し部５で引き出されており、これら複数の引出し部５は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置されている。
【００１７】
図２に示す例では、外部の圧力が加わることにより撓むダイアフラム１ｄを内部空間１ａの上面のみに設けており、上側電極３は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界の内側に形成されているとともに可撓領域１ｅの外側にかけて複数の引出し部５で引き出されている。また、図５および図６に示す例では、それぞれ可撓領域１ｅを有するダイアフラム１ｄを内部空間１ａの上面および下面の両方に設けている。この場合は、上側電極３および下側電極４の両方ともが、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線の内側に形成されるとともに可撓領域１ｅの外側にかけて複数の引出し部５で引き出されている。なお、可撓領域１ｅを有するダイアフラム１ｄは内部空間１ａの下面のみに設けてもよく、その場合は、下側電極４が可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界の内側に形成されて、可撓領域１ｅの外側にかけて複数の引出し部５で引き出される。いずれの場合であっても、複数の引出し部５は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置される。
【００１８】
このような、本発明の圧力検出装置用基体によれば、可撓領域１ｅである上面に形成された上側電極３および可撓領域１ｅである下面に形成された下側電極４が、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界の内側に形成されているとともに可撓領域１ｅの外側にかけて複数の引出し部５で引き出されていることから、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界上に形成される電極の幅は引出し部５の幅となって、上側電極３および下側電極４を境界の外側まで広げて形成する場合よりも幅を小さくすることができ、外部から繰り返し加わる圧力によるダイアフラム１ｄの繰り返される変形によって電極が塑性変形したり加工硬化したりする境界上の部分を減らすことができるので、ダイアフラム１ｄが撓みにくくなったり、外部からの圧力が加わらない状態でもダイアフラム１ｄが撓んだ状態となったりすることを抑制することができる。また、引出し部５が１本である場合に対して、複数の引出し部５に応力が分散されるので引出し部５が破断する可能性が小さくなり、仮に１つの引出し部５が破断したとしても他の引出し部５が内部配線１ｆに接続されていれば、これによって上側電極３および下側電極４と内部配線１ｆとの電気的接続は維持される。また、複数の引出し部５が、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置されていることから、境界上における引出し部５の配置の偏り、即ちダイアフラム１ｄが繰り返し撓んだ場合にその変形量が変化しやすい部分の配置の偏りが基本的にないので、可撓領域１ｅの周方向における撓みの偏りがなく、外部から圧力が加わった際に、可撓領域１ｅの中央が変位の最も大きい部分となるように良好に撓ませることができる。それにより、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界でダイアフラム１ｄの変形が特に大きい部分ができるようなことがないので、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界でダイアフラム１ｄが破損することを抑制することができる。従って、外部から加わる圧力を精度良く検出することができ、信頼性に優れた圧力検出装置用基体とすることができる。
【００１９】
複数の引出し部５が、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置されていても、例えば、境界から内側にかけて引出し部５の幅が大きくなるものと小さくなるものとが形成されていると、内側にかけて幅が小さくなる引出し部５が形成されている部分は、内側にかけて幅が大きくなる引出し部５が形成されている部分に比べて、僅かではあるが、可撓領域１ｅの内側（引出し部５と上側電極３または下側電極４との接続部の近傍）が変形しやすくなる。
【００２０】
このようなことから、可撓領域１ｅにおける複数の引出し部５の形状は同じであることが好ましい。このような構成としたときには、可撓領域１ｅに形成された引出し部５の厚み分だけ可撓領域１ｅの厚みが増す部分、即ち厚みが増すことによって外部から加わる圧力に対する変形が小さくなる部分の形状が同じになることから、複数の引出し部５の可撓領域１ｅ内に位置する部分およびその周囲の変形の偏りをより低減できるので、外部から圧力が加わった際に可撓領域１ｅをより良好に撓ませることができ、外部の圧力検出の精度をより良くすることができるとともに、絶縁基体１の破損する可能性をより低減することができる。
【００２１】
絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等の電気絶縁性の焼結体から成り、例えば、図２に示す例のように、絶縁基板１ｂと枠状のスペーサ１ｃと中央部が可撓領域１ｅとなるダイアフラム１ｄとから構成され、これらが順に積層されることにより内部空間１ａが形成されている。
【００２２】
絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、次のようにして製作される。まず、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に、適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法によりシート状に成形して複数枚のセラミックグリーンシートを得る。これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工，切断加工を施すことにより、絶縁基体１用（絶縁基板１ｂ用、スペーサ１ｃ用、およびダイアフラム１ｄ用）のセラミックグリーンシートを得る。このとき、スペーサ１ｃ用のセラミックグリーンシートには、金型やパンチングによる打ち抜き加工またはレーザ加工等の孔加工方法により、内部空間１ａとなる貫通孔を形成しておく。これらのセラミックグリーンシートを積層することにより、内部空間１ａを有する絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成する。そして、このセラミックグリーンシート積層体を約1600℃の温度で焼成することにより、内部空間１ａを有する絶縁基体１が製作される。
【００２３】
絶縁基体１には、図７および図８に示す例のように、絶縁基体１の可撓領域１ｅが形成された面と対向する面に電子部品６を収容するための凹部１ｈが形成されていても構わない。この場合、絶縁基体１は、電子部品６を収容するとともに電子部品６を保護するための容器としても機能する。
【００２４】
また、絶縁基体１は、図６および図７に示す例のように、ダイアフラム１ｄの外周部の上に枠体１ｇを備えていても構わない。枠体１ｇは、ダイアフラム１ｄの上面の可撓領域１ｅより外周の領域に積層された、スペーサ１ｃと同様の形状のものである。これにより、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成する際に、ダイアフラム１ｄ用のセラミックグリーンシートはスペーサ１ｃ用のセラミックグリーンシートと枠体１ｇ用のセラミックグリーンシートとにより上下方向から挟まれて形成されるので、焼成時の反りを抑制することができる。また、枠体１ｇは可撓領域１ｅの外表面より突出しているので、焼成前の絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体、焼成後の圧力検出装置用基体および圧力検出装置の可撓領域１ｅに外部の物が当たることが抑えられ、厚みの薄い可撓領域１ｅが損傷してしまう可能性を低減することができる。
【００２５】
絶縁基体１の表面の電極用導体層２は、上側電極３と下側電極４との間の静電容量の変化を電気的な信号として外部回路基板へ伝えるための端子電極として機能するものであり、電極用導体層２と上側電極３および下側電極４それぞれとの間は、絶縁基体１の内部に形成された内部配線１ｆにより電気的に接続されている。また、図８に示す例のように、圧力検出装置に電子部品６を実装する場合は、電子部品６の端子が接続される接続電極として機能する電極用導体層２が設けられる。このような電極用導体層２は、可撓領域１ｅ以外の絶縁基体１の表面に設けられる。図１〜図４に示す例では電極用導体層２を絶縁基体１の下面に設けているが、電極用導体層２は絶縁基体１の側面に設けてもよい。あるいは、図７および図８に示す例のように、絶縁基体１の側面に切欠き状の凹部１ｉを形成し、この凹部１ｉの内面に端子電極として機能する電極用導体層２を設けて、いわゆるキャスタレーション導体としてもよい。
【００２６】
絶縁基体１の内部空間１ａの下面（図２に示す例においては絶縁基板１ｂの上面）には下側電極４が被着され、絶縁基体１の内部空間１ａの上面（図２に示す例においてはダイアフラム１ｄの下面）には、下側電極４と対向するようにして上側電極３が被着されている。下側電極４および上側電極３は静電容量形成用の電極であり、これらの間に、下側電極４と上側電極３とが対向する面積および下側電極４と上側電極３との間隔に応じた静電容量が形成される。図２に示す例では、絶縁基体１に外部から圧力が印加されると、その圧力に応じてダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが絶縁基板１ｂ側に撓んで下側電極４と上側電極３との間隔が変わり（小さくなり）、下側電極４と上側電極３との間の静電容量が変化する（大きくなる）ので、この静電容量の変化を検出することによって、外部の圧力の変化を静電容量の変化として検出する圧力検出装置として機能する。なお、圧力が大きく減少した場合は、その圧力に応じてダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが絶縁基板１ｂと反対側に撓んで下側電極４と上側電極３との間隔が変わる（大きくなる）こともあり、そのときには平衡状態から下側電極４と上側電極３との間の静電容量が変化する（小さくなる）こととなる。
【００２７】
また、図５および図６に示す例では、絶縁基体１に外部から圧力が印加されると、その圧力に応じて内部空間１ａの上下に設けられたダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅがそれぞれ内部空間１ｅ側に撓んで下側電極４と上側電極３との間隔が変わって（小さくなって）これらの間の静電容量が変化する（大きくなる）。この例でも、圧力が大きく減少した場合は、その圧力に応じて内部空間１ａの上下に設けられたダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅがそれぞれ内部空間１ｅと反対側に撓んで下側電極４と上側電極３との間隔が変わる（大きくなる）こともあり、そのときには平衡状態からこれら下側電極４と上側電極３との間の静電容量が変化する（小さくなる）こととなる。
【００２８】
そして、この静電容量の変化を電極用導体層２を介して電気的な信号として外部回路基板に伝達させて、外部回路基板に搭載した演算処理装置等の電子部品で演算処理することによって、外部の圧力の大きさおよび変化を知ることができる。ここで、図８に示す例のように、絶縁基体１に凹部１ｈが形成され、この凹部１ｈ内に演算処理装置等の電子部品６が搭載される場合は、静電容量の変化は外部回路基板ではなく凹部１ｈ内の電子部品６に伝達される。
【００２９】
電極用導体層２，上側電極３，下側電極４，内部配線１ｆ，引出し部５は、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属粉末を用いたメタライズ導体から成り、例えば、絶縁基体１が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストをスクリーン印刷法により絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これを絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体とともに焼成することによって、絶縁基体１の内部および表面に所定のパターンに形成される。絶縁基体１内で上下方向に延びる内部配線１ｆは、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成しておき、この貫通孔にメタライズペーストを充填しておくことにより形成される。
【００３０】
スペーサ１ｃは、図２に示す例では、上面に下側電極４を備える絶縁基板１ｂと下面に上側電極３を備えるダイアフラム１ｄとの間に、図５および図６に示す例では、上下のダイアフラム１ｄ・１ｄ間に、それぞれ所定の間隔を設けるものとして機能し、内部空間１ａを形成する貫通孔を有する枠状に形成されている。なお、スペーサ１ｃは、その厚みが0.01ｍｍ未満では、下側電極４と上側電極３との間隔が小さく、可撓領域１ｅの可撓範囲が小さいものとなるので、広範囲の圧力範囲にわたって圧力を検出することが困難となる。また、他方、５ｍｍを超えると、可撓領域１ｅの撓み量に対して下側電極４と上側電極３との間隔が大きいものとなるので、電極間距離の変化率が小さくなり静電容量の変化率が小さくなって感度が低いものとなってしまう。従って、スペーサ１ｃの厚みは0.01ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００３１】
ダイアフラム１ｄは、外部の圧力に応じて絶縁基板１ｂ側に、また場合によってはその反対側に撓んで、圧力検出用のダイアフラムとして機能する。図２に示す例では、ダイアフラム１ｄの内部空間１ａの上面となる部分、すなわちスペーサ１ｃの貫通孔と重なる領域が可撓領域１ｅとなり、この可撓領域１ｅが、外部から圧力が加わることにより撓むこととなる。なお、ダイアフラム１ｄは、厚みが0.01ｍｍ未満では、その機械的強度が小さいものとなり、また上述したセラミックグリーンシートを用いた作製が困難となる。他方、１ｍｍを超えると、小さな圧力では撓みにくくなり、圧力検出装置用のダイアフラムとしては不適となってしまう。したがって、ダイアフラム１ｄの厚みは0.01〜１ｍｍの範囲が好ましい。このような厚みのダイアフラム１ｄを有する圧力検出装置用基体を用いた圧力検出装置は、80ｋＰａ（低圧用圧力検出装置）〜2000ｋＰａ（高圧用圧力検出装置）の圧力の下で使用することが可能である。
【００３２】
なお、内部空間１ａは、平面視で円形状の円柱形状であることが好ましい。内部空間１ａが平面視で円形状、すなわちスペーサ１ｃの貫通孔およびダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅが円形状であることにより、外部の圧力が加わった際に、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅを均等に撓ませることができ、厚みの薄いダイアフラム１ｄの一部が大きく変形しないので、そこから壊れることがなく、外部の圧力を感度良く検出することができる。
【００３３】
また、ダイアフラム１ｄに形成される上側電極３および下側電極４は、内部空間１ａの形状と同様に、平面視で円形状であることが好ましい。このような電極形状とすることで、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅを均等に撓ませることができる。
【００３４】
そして、上側電極３または下側電極４の少なくとも一方は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線の内側に形成されるとともに可撓領域１ｅの外側にかけて複数の引出し部５で引き出されており、複数の引出し部５は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線上において、それぞれ同じ幅で、かつ等間隔に配置されている。例えば、図１に示す例では、上側電極３の引出し部５は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線に沿って同じ幅で、かつ等間隔に、円形状の上側電極３から３箇所で引き出されて、それぞれの引き出された部分同士が可撓領域１ｅの外側で円環状に接続されている。また、図３に示す例では、上側電極３の引出し部５は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線に沿って同じ幅で、かつ等間隔に、円形状の上側電極３から12箇所で引き出されて、それぞれの引き出された部分同士が可撓領域１ｅの外側で円環状に接続されている。また、図４に示す例では、上側電極３の引出し部５は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線に沿って同じ幅で、かつ等間隔に円形状の上側電極３から12箇所で引き出されている。なお、下側電極４に対して引出し部５を設ける場合もこれらと同様である。
【００３５】
図１および図３に示す例では、複数の引出し部５が、可撓領域１ｅの外周部で円環状に接続されて、この円環状の部分で内部配線１ｆと電気的に接続されている。これによれば、複数の引出し部５の一部が断線したとしても、それ以外の引出し部５によって内部配線１ｆとの電気的な接続は保たれるので好ましい。また、図４に示す例の場合には、複数の引出し部５のそれぞれが内部配線１ｆと電気的に接続するようにすれば、同様に複数の引出し部５の一部が断線したとしても、それ以外の引出し部５によって内部配線１ｆとの電気的な接続は保たれるので好ましい。
【００３６】
引出し部５は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線に沿って等間隔に少なくとも２箇所以上から引き出されるが、外部から圧力が加わった際に、可撓領域１ｅの中央が変位の最も大きい部分となるように良好に撓ませるために、引出し部５の配置の偏りおよび可撓領域１ｅの厚みの偏りを低減する点から、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線に沿って４箇所以上の引出し部５を等間隔に配置することが好ましい。なお、内部配線１ｆとの接続を良好なものとするために、４つの引出し部５を絶縁基板１ｂの４つの角部に対応する位置に引き出しておくことが特に好ましい。
【００３７】
なお、引出し部５は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線に沿った幅の合計が可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線の長さの10％未満では、引出し部５の１箇所当たりの幅が小さくなりすぎるので、引出し部５に大きな応力が加わることで断線してしまい、可撓領域１ｅに形成された電極と内部配線１ｆとの電気的な接続ができなくなる可能性がある。また、他方、その合計が70％を超えると、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線上で加工硬化する部分の割合が多くなるので、ダイアフラム１ｄが撓みにくくなることを抑制することができにくくなってしまう。従って、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線上の引出し部５の幅の合計は、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線の長さ（図１，図３および図４に示す例では可撓領域１ｅの外周円の円周長さ）の10％〜70％程度にしておくことが好ましい。
【００３８】
また、図１，図３および図４に示したように、可撓領域１ｅにおける複数の引出し部５の形状が同じ形状であるときには、複数の引出し部５の可撓領域１ｅ内に位置する部分およびその周囲の変形の偏りをより低減できるので、外部から圧力が加わった際に、可撓領域１ｅをより良好に撓ませることができ、外部の圧力検出の精度をより良好にすることができるとともに、絶縁基体１の破損する可能性をより低減することができる。
【００３９】
また、図２に示す例の場合は、下側電極４は、上側電極３よりも小さく、かつ平面視で上側電極３からはみ出さない位置にあることが好ましい。さらに、図５および図６に示す例の場合は、上側電極３と下側電極４とで大きさを異ならせて、小さい方は平面視で大きい方からはみ出さない位置にあるようにすることが好ましい。このような構成とすると、絶縁基体１を作製する際に上側電極３と下側電極４との対向する位置がずれても、上側電極３と下側電極４とが対向する面積が変わらないので好ましい。また、外部の圧力の変動による上側電極３と下側電極４との電極間距離の変化率は、内部空間１ａの平面方向の中央側において大きく、内部空間１ａの外周側においては小さい。従って、絶縁基板１ｂ側に設けられる電極が可撓領域１ｅよりも小さいと、電極間距離の変化率の大きい可撓領域１ｅの中央側で上側電極３と下側電極４とを対向させることができるので、外部の圧力が加わることによる静電容量の変化率が大きくなり、圧力検出装置の感度を高めることができる。
【００４０】
また、上側電極３または下側電極４は、互いに対向する表面の少なくとも一方がセラミックス焼結体からなる絶縁層により被覆されていても構わない。これにより、大きな圧力によりダイアフラム１ｄが撓んで上側電極３と下側電極４とが接触しても短絡してしまうことを抑制することができる。この絶縁層は、例えば、下側電極４が内部空間１ａの下面よりも小さい場合であれば、下側電極４の表面のみを被覆していてもよいし、下側電極４とその周囲の内部空間１ａの下面全面を被覆していてもよい。また、この絶縁層は、絶縁基体１と同じものを用いると、同時焼成で形成することができるので好ましい。
【００４１】
このような絶縁層は、例えば図２に示す例のような場合であれば、絶縁基板１ｂ用のセラミックグリーンシート上に印刷された下側電極４用のメタライズペーストの上に、スクリーン印刷法等の印刷法により絶縁層用のセラミックペーストを印刷塗布して、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体と同時焼成することによって形成することができる。絶縁層用のセラミックペーストは、主成分のセラミック粉末に有機バインダおよび有機溶剤を、また必要に応じて分散剤等を加えて、ボールミル，三本ロールミルまたはプラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練して製作される。あるいは、下側電極４用のメタライズペーストが印刷されたセラミックグリーンシート上に、絶縁層用のセラミックグリーンシートを積層しておくことによって形成することができる。なお、絶縁層をセラミックグリーンシートにより形成する場合は、セラミックペーストを印刷して形成する場合と比較して、絶縁層の厚みばらつきを低減できるので、上側電極３と下側電極４との間の比誘電率のばらつきの小さい圧力検出装置用基体を得ることができる。
【００４２】
なお、電極用導体層２の露出表面には、電極用導体層２が酸化腐食することを防止するとともに、電極用導体層２と外部回路基板の配線導体とを接合するためのはんだ等の導電性接合材７との接合を良好なものとするために、厚みが１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが電解めっき法により順次被着される。
【００４３】
本発明の圧力検出装置は、図８に示す例のように、上記構成の本発明の圧力検出装置用基体の電極用導体層２に電子部品６が電気的に接続されていることを特徴とするものである。本発明の圧力検出装置によれば、下側電極４と上側電極３との間に形成される静電容量の変化を電子部品６に内部配線１ｆおよび電極用導体層２を介して電気的な信号として伝達し、これを演算処理装置等の電子部品６で演算処理することによって、外部の圧力値の変化を検出することができる。図８に示す例のように、演算処理装置等の電子部品６が導電性接合材７を介して電極用導体層２に直接接続される場合は、外部回路基板に搭載された同様の電子部品６に接続される場合に比較して、下側電極４および上側電極３と電子部品６との間の配線長を短くすることができるので、外部の圧力を精度良く検出することができるものとなる。また、電子部品６が内蔵された圧力検出装置とすることで、このような圧力検出装置および外部回路基板等を含めた圧力センサモジュールを小型化することができる。
【００４４】
電子部品６は、図８に示す例では、上述した演算処理を行なうための演算処理装置としての半導体素子であるが、これ以外に、チップコンデンサやチップ抵抗等の受動素子や、加速度センサ等の電子部品を搭載しても構わない。
【００４５】
また、図８に示す例では、フリップチップ型の電子部品６が凹部１ｈ内の電極用導体層２上に導電性接合材７を介して接合されている。これにより、電子部品６の各電極と各電極用導体層２とが電気的に接続されるとともに、電子部品６が絶縁基体１に固定される。この場合の導電性接合材７としては、はんだバンプや金バンプ、または導電性樹脂（異方性導電樹脂等）が用いられる。また、電子部品６がワイヤボンディング型のものである場合には、電子部品６を凹部１ｈの底面にガラス，樹脂またはろう材等の接合材により固定した後、ボンディングワイヤを介して電子部品６の電極と電極用導体層２とが電気的に接続される。
【００４６】
また、図８に示す例では、電子部品６は、例えばエポキシ樹脂等の封止樹脂８により覆われることによって、凹部１ｈ内に封止されている。あるいは、図７に示す例のような絶縁基体１の場合であれば、凹部１ｈ内に実装された電子部品６を覆うようにして凹部１ｈを塞ぐように、金属やセラミックスから成る蓋体（図示せず）を絶縁基体１に接合することにより封止してもよい。
【実施例】
【００４７】
本発明の圧力検出装置用基体の具体例について、図７に示した実施の形態の一例の圧力検出装置用基体を例にとって説明する。
【００４８】
まず、本発明の実施例として、縦6.5ｍｍ×横6.5ｍｍ×厚み3.8ｍｍの酸化アルミニウム質焼結体からなる絶縁基体１（絶縁基板１ｂの厚み：3.5ｍｍ、スペーサ１ｃの厚み：0.05ｍｍ、ダイアフラム１ｄの厚み：0.10ｍｍ、枠体１ｇの厚み：0.15ｍｍ）を準備した。可撓領域１ｅは、ダイアフラム１ｄの中央部に、半径2.0ｍｍの円形状に形成されているものとした。また、絶縁基板１ｂ側の電極（下側電極４）を半径1.3ｍｍの円形状とし、ダイアフラム１ｄ側の電極（上側電極３）を、図４に示すような、半径1.85ｍｍの円形状のものとした。そして、引出し部５は、上側電極３から可撓領域１ｅの外側にかけて、可撓領域１ｅと可撓領域１ｅの外側との境界線上に沿って0.7ｍｍ幅で、等間隔に12箇所で引き出されているものとした。
【００４９】
また、比較例として、可撓領域１ｅの全面に上側電極３が形成されている以外は、上記と同じ圧力検出装置用基体も準備した。
【００５０】
最初に、実施例および比較例の圧力検出装置用基体の静電容量値の測定を行なった。実施例の圧力検出装置用基体においては、静電容量値は2560ｆＦであった。一方、比較例の圧力検出装置用基体においては、静電容量値は2430ｆＦであった。
【００５１】
次に、実施例および比較例の圧力検出装置用基体に対して、1100ｋＰａの圧力を30分間印加した後、圧力検出装置用基体に対する圧力の印加を解除するという作業を５回繰り返した。その後、実施例および比較例の圧力検出装置用基体の静電容量値の測定を行なったところ、実施例の圧力検出装置用基体では、静電容量値は2560.5ｆＦであり、圧力を印加する前の静電容量値に対して0.5ｆＦの変化が確認された。一方、比較例の圧力検出装置用基体では、静電容量値は2434ｆＦであり、圧力を印加する前の静電容量値に対して４ｆＦの変化が確認された。この結果から、本発明の圧力検出装置用基体によれば、比較例の圧力検出装置用基体と比較して、従来例であれば経時的に不可逆的な変化をもたらすような圧力の印加による、長期間にわたる圧力の検出精度に影響を及ぼす静電容量の変化が小さくなることが確認できた。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・絶縁基体
１ａ・・・内部空間
１ｂ・・・絶縁基板
１ｃ・・・スペーサ
１ｄ・・・ダイアフラム
１ｅ・・・可撓領域
１ｆ・・・内部配線
１ｇ・・・枠体
１ｈ・・・凹部
１ｉ・・・切欠き状の凹部
２・・・電極用導体層
３・・・上側電極
４・・・下側電極
５・・・引出し部
６・・・電子部品
７・・・導電性接合材
８・・封止樹脂
【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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