(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】  上面が可撓領域１ｅである内部空間１ａを有するとともに、電子部品を搭載するための凹部１ｈを有する絶縁基体１と、凹部１ａの底面に形成された複数の電極用導体層２と、内部空間１ａの上面および下面に電極用導体層２の少なくとも１つに接続された、上側電極３および下側電極４と、絶縁基体１の側面または下面に形成された複数の外部電極５とを備え、凹部１ａの側壁部の外側面に、凹部１ａの底面の周囲に対応する部位に設けられた溝６を備えた圧力検出装置用基体である。絶縁基体１の凹部１ａの周囲の側壁部が外部回路基板から引っ張られた場合でも、溝６よりも下の側壁部が変形して、溝６よりも上の絶縁基体１が変形することが抑制される。【選択図】  図１
2011095018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面の中央部に、互いに平行に対向する上下面を有し、上面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内部空間を有するとともに、下面の中央部に、電子部品を搭載するための凹部を有するセラミックスから成る絶縁基体と、前記凹部の底面に形成された複数の電極用導体層と、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、前記絶縁基体の側面または下面の少なくとも一方に形成され、前記上側電極または前記下側電極に接続されていない前記電極用導体層に電気的に接続された複数の外部電極とを備えた圧力検出装置用基体であって、前記絶縁基体は、前記凹部の側壁部の外側面に、前記凹部の前記底面の周囲に対応する部位に設けられた溝を備えていることを特徴とする圧力検出装置用基体。
【請求項２】
前記溝が、前記側壁部の外周の全周でつながってい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】
前記絶縁基体は、平面視で四角形状であり、前記側壁部の４つの角部で、前記溝が前記凹部まで貫通して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に記載の圧力検出装置用基体。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧力検出装置用基体の前記凹部内に電子部品が収納され、前記電極用導体層に前記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おり、絶縁基板の下面の中央部に、電子部品を搭載するための凹部を有し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。）。
【０００３】
このような静電容量型の圧力検出装置用基体では、外部の圧力の変化によってダイアフラムが絶縁基板側と反対側に突出した状態から絶縁基板側に突出した状態となる変曲点が存在しないようにするために、また、第１の電極と第２の電極との間隔を狭くして、圧力検出装置の感度を高めるために、ダイアフラムを予め第１の電極側に凸となるように撓ませていることがある。（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
また、圧力検出装置は、外部回路基板に、凹部周囲の側壁部の下面および外側面に形成された外部電極がはんだ等により接合されて実装される（例えば、特許文献３を参照。）。外部回路基板としては、通常、セラミックスからなる絶縁基体よりも熱膨張率が大きいもの、例えば、ガラスエポキシ樹脂からなる基板が使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2007−171053号公報
【特許文献２】特開2003−130744号公報
【特許文献３】特開2003−207407号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、圧力検出装置と外部回路基板との熱膨張率が異なっている場合には、圧力検出装置の使用中に周囲の温度が変化すると、圧力検出装置の絶縁基体と外部回路基板との熱膨張の差または熱収縮の差によって圧力検出装置の絶縁基体が撓んでしまい、第１の電極と第２の電極との間隔が変化してしまうことがあった。このため、外部の圧力が変化していないときにも、周囲の温度変化により、検出される静電容量が変化してしまうので、外部の圧力を精度良く検出することができないという問題点があった。
【０００７】
これは、圧力検出装置の薄型化に伴い、絶縁基板の厚みやダイアフラムの厚みが薄くなってきており、圧力検出装置が撓みやすくなってきたことや、ダイアフラムを予め第１の電極側に凸となるように撓ませていることによるものであった。すなわち、外部回路基板の熱膨張率が絶縁基板よりも大きい場合であれば、圧力検出装置の周囲の温度が低くなると、外部回路基板が絶縁基板よりも大きく縮むことから、圧力検出装置の凹部の周囲の側壁部が、平面視で圧力検出装置の中央に向かって外部回路基板から引っ張られるので、圧力検出装置の絶縁基体が外部回路基板側と反対側に凸になるように変形しようとする。この際、ダイアフラムは第１の電極側に凸となっている状態から第１の電極側と反対側に凸となる状態に近づくので、第１の電極と第２の電極との間隔が広がって、検出される静電容量が変化することになる。
【０００８】
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】
【０００９】
本発明の圧力検出装置用基体は、上面の中央部に、互いに平行に対向する上下面を有し、上面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内部空間を有するとともに、下面の中央部に、電子部品を搭載するための凹部を有するセラミックスから成る絶縁基体と、前記凹部の底面に形成された複数の電極用導体層と、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、前記絶縁基体の側面または下面の少なくとも一方に形成され、前記上側電極または前記下側電極に接続されていない前記電極用導体層に電気的に接続された複数の外部電極とを備えた圧力検出装置用基体であって、前記絶縁基体は、前記凹部の側壁部の外側面に、前記凹部の前記底面の周囲に対応する部位に設けられた溝を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の圧力検出装置用基体は、上記構成において、前記溝が、前記側壁部の外周の全周でつながっていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の圧力検出装置用基体は、上記各構成において、前記絶縁基体は、平面視で四角形状であり、前記側壁部の４つの角部で、前記溝が前記凹部まで貫通して形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の圧力検出装置は、上記各構成の圧力検出装置用基体の前記凹部内に電子部品が収納され、前記電極用導体層に前記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】
【００１３】
本発明の圧力検出装置用基体によれば、絶縁基体は、凹部の側壁部の外側面に、凹部の底面の周囲に対応する部位に設けられた溝を備えていることから、圧力検出装置を外部回路基板に実装して使用するときに、周囲の温度が変化したとき、例えば温度が低下した場合に、絶縁基体の凹部の周囲の側壁部が、平面視で圧力検出装置の中央に向かって外部回路基板から引っ張られた場合でも、溝よりも下の側壁部が変形して、溝よりも上の絶縁基体が変形することが抑制されるので、ダイアフラムが変形することが抑制されて、上側電極と下側電極との間隔が変化することを抑制できる。従って、検出される静電容量が周囲の温度変化により変化することを抑制できるので、外部の圧力を精度良く検出することができる圧力検出装置用基体となる。
【００１４】
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、溝が、側壁部の外周の全周でつながっている場合には、上記のように周囲の温度が変化した場合でも、側壁部の外周の全周につながっている溝が設けられていることによって、溝よりも下の側壁部がより良好に変形するので、溝よりも上の絶縁基体が変形することをより抑制できる。
【００１５】
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、絶縁基体は、平面視で四角形状であり、側壁部の４つの角部で、溝が凹部まで貫通して形成されている場合には、上記のように周囲の温度が変化した場合でも、外部回路基板と絶縁基体との熱膨張差が最も大きくなる４つの角部において、溝をより大きく形成していることから、溝よりも下の側壁部がより大きく変形するので、溝よりも上の絶縁基体が変形することをより抑制できる。
【００１６】
本発明の圧力検出装置によれば、上記各構成の圧力検出装置用基体の凹部内に電子部品が収納され、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】
【００１７】
【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実施の形態の一例を示す下面図である。
【図２】（ａ）は図１（ｂ）のＡ方向における側面の一例を示す側面図であり、（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ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下面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面の一例を示す断面図である。
【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下面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の圧力検出装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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５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は配線導体、１ｇは枠体、１ｈは凹部、１ｉは切り欠き状の凹部、２は電極用導体層、３は上側電極、４は下側電極、５は外部電極、６は溝、７は電子部品、８は導電性接合材、９は封止樹脂である。
【００１９】
本発明の圧力検出装置用基体は、図１〜図４に示す例のように、上面の中央部に、互いに平行に対向する上下面を有し、上面が外部から圧力が加わることにより撓む可撓領域１ｅである内部空間１ａを有するとともに、下面の中央部に、電子部品６を搭載するための凹部１ｈを有するセラミックスから成る絶縁基体１と、凹部１ｈの底面に形成された複数の電極用導体層２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、凹部１ｈの側壁部の外側面または下面の少なくとも一方に形成され、上側電極３または下側電極４に接続されていない電極用導体層２に電気的に接続された複数の外部電極５とを備えている。そして、絶縁基体１は、凹部１ｈの側壁部の外側面に、凹部１ｈの底面の周囲に対応する部位に設けられた溝６を備えている。
【００２０】
図１，図３および図４に示す例では、絶縁基体１は平面視で四角形状に、ダイアフラム１ｄの可撓領域１ｅは平面視で円形状に、凹部１ｈは平面視で四角形状に形成されている。また、外部電極５は、絶縁基体１の側面、ここでは凹部１ｈの側壁部の外側面から、絶縁基体１の下面である側壁部の下面にかけて複数設けられている。また、図１（ｂ），図３（ａ）および図４（ａ）では、溝６を、絶縁基体１の外壁面から凹部１ｈの方向に、少なくとも側壁部の厚みの半分以上の深さとなるように形成しており、その様子を破線で透視して示している。図１（ｂ）に示す例では、溝６は、平面視で複数の外部電極５のそれぞれと重なるように、複数設けられている。図３（ａ）に示す例では、外部電極５は、凹部１ｈの側壁部の外側面および下面に複数設けられており、溝６は、平面視で複数の外部電極の全てと重なるように、側壁部の外周の全周にわたってつながって、凹部１ｈを囲むように設けられている。また、図４（ａ）に示す例では、溝６は、平面視で複数の外部電極の全てと重なるように、側壁部の外周の全周にわたってつながって、凹部１ｈを囲むように設けられているとともに、側壁部の４つの角部のそれぞれにおいて凹部１ｈまで貫通して設けられている。
【００２１】
このような本発明の圧力検出装置用基体によれば、圧力検出装置を外部回路基板に実装して使用するときに、周囲の温度が変化したとき、例えば温度が低下した場合に、絶縁基体１の凹部１ｈの周囲の側壁部が平面視で圧力検出装置の中央に向かって外部回路基板から引っ張られた場合でも、溝６よりも下の側壁部が変形して、溝６よりも上の絶縁基体１が変形することが抑制されるので、ダイアフラム１ｄが変形することが抑制されて、上側電極３と下側電極４との間隔が変化することを抑制できる。また、凹部１ｈの側壁部の外側面の、凹部１ｈの底面の周囲に対応する部位に溝６を設けているので、溝６よりも下の変形する側壁部の長さを確保することができる。
【００２２】
また、以上の例では、平面視で溝６が外部電極５に重なる位置に設けてあるので、外部回路基板から引っ張られる外部電極５と溝６との距離が最も近いものとなり、溝６よりも下の側壁部が変形しやすい。従って、検出される静電容量が周囲の温度変化により変化することを抑制できるので、外部の圧力を精度良く検出することができる圧力検出装置用基体となる。
【００２３】
また、図３に示す例のように、溝６が、側壁部の外周の全周でつながっていると、圧力検出装置を外部回路基板に実装して使用するときに温度が低下した場合でも、溝６よりも下の側壁部がより変形しやすくなるので、溝６よりも上の絶縁基体１が変形することをより良好に抑制できる。
【００２４】
また、図４に示す例のように、絶縁基体１が平面視で四角形状であり、側壁部の４つの角部で溝６が凹部１ｈまで貫通して形成されていると、外部回路基板と絶縁基体１との熱膨張差が最も大きくなる４つの角部において溝６をより大きく形成していることから、４つの角部において溝６よりも下の側壁部がより変形しすくなるので、溝６よりも上の絶縁基体が変形することをより良好に抑制できる。
【００２５】
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。
【００２６】
また、絶縁基体１には、絶縁基体１の可撓領域１ｅが形成された上面と対向する下面に、電子部品（図示せず）を収納するための凹部１ｈが形成されており、絶縁基体１は、電子部品を収容するとともに電子部品を保護するための容器としても機能する。
【００２７】
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および凹部１ｈ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および凹部１ｈ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および凹部１ｈを有する絶縁基体１が製作される。
【００２８】
また、絶縁基体１は、図３（ｂ）および図４（ｂ）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て一体化された、スペーサ１ｃと同様の枠状の形状のものである。これによれば、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、焼成時のダイアフラム１ｄ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。
【００２９】
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電子部品へ伝えるための端子電極として、あるいは電子部品にて演算処理した電気的な信号を外部電極５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それぞれとの間と、電極用導体層２と外部電極５との間とは、絶縁基体１の内部に形成された配線導体１ｆにより電気的に接続されている。
【００３０】
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（ｂ）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。
【００３１】
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検出して、凹部１ｈ内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。
【００３２】
外部電極５は、電子部品で演算処理した電気的な信号を、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る。外部電極５は、絶縁基体１の側面または下面、例えば凹部１ｈの側壁部の外側面または側壁部の下面の少なくとも一方に形成される。図１〜図４に示す例では、外部電極５を、凹部１ｈの側壁部の外側面から側壁部の下面にかけて複数設けている。すなわち、絶縁基体１の側面に切り欠き状の凹部１ｉを形成し、この切り欠き状の凹部１ｉの内面に端子電極として機能する外部電極５を、いわゆるキャスタレーション導体として設けている。
【００３３】
電極用導体層２，上側電極３，下側電極４，外部電極５,配線導体１ｆ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って絶縁基体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配線導体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って形成される。
【００３４】
また、図３（ａ）に示す例のように、配線導体１ｆは、凹部１ｈの内壁面に露出させておいても構わない。このような配線導体１ｆは、セラミックグリーンシートの貫通孔に配線導体１ｆ用のメタライズペーストを充填させた後、充填されたメタライズペーストが内壁面側に露出するように凹部１ｈとなる貫通孔を打ち抜くことによって形成される。これにより、側壁部の間に配線導体１ｆを形成した場合と比較して、配線導体１ｆと側壁部の外壁面との間隔を大きくすることができ、側壁部にクラックが発生する可能性を低減することができる。
【００３５】
スペーサ１ｃ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。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
そして、絶縁基体１は、凹部１ｈの側壁部の外側面に、凹部１ｈの底面の周囲に対応する部位に設けられた溝６を備えている。溝６は、絶縁基板１ｂ用のセラミックグリーンシートのいくつかに、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って溝６となる貫通孔を形成しておいた後、他の絶縁基体１用のセラミックグリーンシートと積層することによって形成される。
【００４０】
溝６は、図１に示す例のように、凹部１ｈの底面の周囲に対応する部位に複数設けられている場合であれば、その形状が、平面視で半円形状，長円形または楕円形を２等分した半円形状，三角形状，四角形状等の多角形状に形成される。中でも、溝６によって応力を良好に吸収するためには、内面に角部を有しない半円形状であることが好ましい。
【００４１】
また、絶縁基体１の寸法が縦５ｍｍ〜15ｍｍ，横５ｍｍ〜15ｍｍ，厚さ２ｍｍ〜５ｍｍ，側壁部の厚さ0.5ｍｍ〜１ｍｍの場合であれば、溝６は、その高さが0.01ｍｍ〜１ｍｍ程度であるとともに、その形状が半円状の場合には半径が0.25ｍｍ〜0.7ｍｍ程度であり、長円形または楕円形を２等分した半円形状，三角形状または四角形状の場合には幅が0.2ｍｍ〜1.0ｍｍ程度，最も長い奥行きが0.25ｍｍ〜0.5ｍｍ程度であることが好ましい。また、このような溝６の平面視した際の合計の面積は、凹部１ｈの側壁部を平面視した際の面積の15〜70％程度としておくことが好ましい。
【００４２】
例えば、絶縁基体１の寸法が縦５ｍｍ，横５ｍｍ，厚さ２ｍｍ，側壁部の厚さ0.5ｍｍの場合であれば、溝６はその高さが0.01ｍｍであるとともに、その形状が半円形状の場合には半径が0.25ｍｍであり、長円形または楕円形を２等分した半円形状，三角形状または四角形状の場合には幅が0.2ｍｍ程度，最も長い奥行きが0.25ｍｍである。また、絶縁基体１の寸法が縦15ｍｍ，横15ｍｍ，厚さ５ｍｍ，側壁部の厚さ１ｍｍの場合であれば、溝６は、その高さが１ｍｍであるとともに、その形状が半円状の場合には半径が0.5ｍｍであり、長円形または楕円形を２等分した半円形状，三角形状または四角形状の場合には幅が1.0ｍｍ，最も長い奥行きが0.5ｍｍである。
【００４３】
また、溝６を複数形成する場合であれば、溝６同士の間隔は、0.2ｍｍ以上としておくことが好ましい。隣接する溝６の間隔を0.2ｍｍ以上としておくと、その製作工程中に隣接する溝６同士の間にクラックが発生することを抑制することができる。
【００４４】
また、溝６と凹部１ｈとの間隔は、0.2ｍｍ以上としておくことが好ましい。溝６と凹部１ｈとの間隔を0.2ｍｍ以上としておくと、その製作工程中に、溝６と凹部１ｈとの間にクラックが発生することを抑制することができる。
【００４５】
また、図３および図４に示す例のように、溝６同士が全周でつながっていることが好ましい。このような場合であれば、圧力検出装置を外部回路基板に実装して使用するときに、周囲の温度変化によって、絶縁基体１の凹部１ｈの周囲の側壁部が平面視で圧力検出装置の中央に向かって外部回路基板から引っ張られた場合でも、溝６よりも下の側壁部がより変形しやすいので、溝６よりも上の絶縁基体１が変形することをより良好に抑制できる。
【００４６】
溝６は、図１（ｂ），図３（ａ）および図４（ａ）に示す例のように、平面視で外部電極５に重なる位置に設けておくことが好ましい。このときには、外部回路基板から引っ張られる外部電極５と溝６との距離が短かくなることから、外部電極５が引っ張られることにより、溝６よりも上の絶縁層１に加わる応力をより遮断することができる。
【００４７】
また、絶縁基体１が平面視で四角形状であり、側壁部の４つの角部のそれぞれに外部電極５が設けられている場合には、４つの角部に設けられた溝６を、４つの角部以外の部分に設けられた溝６よりも大きく形成しても構わない。このときには、外部回路基板の各配線導体と絶縁基体の各外部端子との接続部における互いの距離が最も長くなり、外部回路基板と絶縁基体との熱膨張差が最も大きくなる４つの角部間において、溝６よりも下の側壁部がより良好に変形するので、溝６よりも上の絶縁基体が変形することをより良好に抑制できる。
【００４８】
また、絶縁基体１を製作するにあたって、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体の溝６に、焼成終了時までに焼失する焼失部材を充填しておいても構わない。溝６内に焼失部材が充填されていると、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体の溝６がこの焼失部材により支えられるので、絶縁基板１用のセラミックグリーンシート積層体を取り扱う際に、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体が溝６で変形してしまうことを抑制することができる。また、複数の絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに圧力を印加して積層した際に、溝６が変形することを抑制することができる。なお、焼失部材は、焼成する際には熱分解してガスになり、溝６の開口から排出される。
【００４９】
また、図４に示す例のように、溝６を、切り欠き状の凹部１ｉから凹部１ｈまで貫通して形成しておくと、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体を焼成する際に、消失部材が熱分解してガスとなるので、ガスとなった消失部材が、凹部１ｈまたは溝６を通って切り欠き状の凹部１ｉから良好に排出され、溝６が変形することを抑制することができる。
【００５０】
このような焼失部材としては、例えば、アクリル系の樹脂ビーズとアクリル系バインダとを有機溶剤を用いて分散混合させた、焼成時に熱分解する樹脂シートや樹脂ペーストを用いることができる。絶縁基板１ｂ用のセラミックグリーンシートの上に樹脂シートを重ねた状態で金型により打ち抜き、絶縁基板１ｂ用のセラミックグリーンシートに溝６となる貫通孔を形成するとともに、この貫通孔内に樹脂シートを埋め込んでおくことにより、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体の溝６内に樹脂シートが充填される。あるいは、絶縁基板１ｂ用のセラミックグリーンシートに溝６となる凹部を形成し、この凹部内にスクリーン印刷法等により樹脂ペーストを印刷充填した後、ダイアフラム１ｄ用のセラミックグリーンシートを積層することにより、絶縁基体１用のセラミックグリーンシート積層体の溝６内に樹脂ペーストを充填しても構わない。
【００５１】
また、樹脂シートに、側壁部の外周と同じ大きさの貫通孔を形成し、この貫通孔内に絶縁基板１ｂ用のセラミックグリーンシートを埋め込んでおき、複合シートを形成し、この複合シートに、凹部１ｈとなる貫通孔を形成した後、他の絶縁基体１用のセラミックグリーンシートと積層して、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しても構わない。この場合、図３および図４に示す例に示される、溝６が１つにつながった絶縁基体１を容易に形成することができる。
【００５２】
また、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、上側電極３と下側電極４とで大きさを異ならせた場合は、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、可撓領域１ｅにおける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（可撓領域１ｅの中央側）において大きく、内部空間１ａの外周側（可撓領域１ｅ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。
【００５３】
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（図示せず）により被覆されていても構わない。このときには、大きな圧力によりダイアフラム１ｄが大きく撓んで上側電極３と下側電極４とが接触しても、両者が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の表面からその周囲の内部空間１ａの下面にかけて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。
【００５４】
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って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。
【００５５】
なお、電極用導体層２および外部電極５の露出表面には、電極用導体層２および外部電極５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と電子部品とを接合するための、および外部電極５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、無電解めっき法または電解めっき法により順次被着される。
【００５６】
本発明の圧力検出装置は、図５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凹部１ｈ内に電子部品７が収納され、電極用導体層２に電子部品７が電気的に接続されている。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７に配線導体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７で演算処理することによって、外部の圧力値およびその変化を検出することができる。演算処理装置等の電子部品７が導電性接合材８を介して電極用導体層２に直接接続されると、外部回路基板に搭載された同様の電子部品７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７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７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。
【００５７】
電子部品７は、図５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。
【００５８】
また、図５に示す例では、フリップチップ型の電子部品７が凹部１ｈ内の電極用導体層２上に導電性接合材８を介して接合されている。これにより、電子部品７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７が絶縁基体１に固定される。この場合の導電性接合材８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７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７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７の電極と電極用導体層２とが電気的に接続される。
【００５９】
また、図５に示す例では、電子部品７は、例えばエポキシ樹脂等の封止樹脂９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。電子部品７は、この他にも、凹部１ｈ内に実装された電子部品７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】
【００６０】
本発明の圧力検出装置用基体の具体例について、図１，図３および図４に示した圧力検出装置用基体の実施の形態の一例を例にとって説明する。
【００６１】
まず、本発明の実施例１〜実施例３として、縦6.98ｍｍ×横6.98ｍｍ×厚み3.9ｍｍの酸化アルミニウム質焼結体からなり、下面には縦5.68ｍｍ×横5.68ｍｍ×深さ0.70ｍｍの凹部１ｈを設けている絶縁基体１（絶縁基板１ｂの厚み：3.3ｍｍ、スペーサ１ｃの厚み：0.35ｍｍ、ダイアフラム１ｄの厚み：0.10ｍｍ、枠体１ｇの厚み：0.15ｍｍ、枠体１ｇの開口径：4.35ｍｍ）を準備した。なお、可撓領域１ｅは、ダイアフラム１ｄの中央部に、直径4.15ｍｍの円形状に形成した。
【００６２】
さらに、絶縁基体１の凹部１ｈの側壁部には、４つの辺と４つの角部とに合計16個の外部電極５を設けた。すなわち、４つの辺のそれぞれに、３つの半円形状の切り欠き状の凹部１ｉ（半径0.3ｍｍ×高さ0.65ｍｍ）を設けて、切り欠き状の凹部１ｉの内周面から凹部１ｈの側壁部の下面にかけて外部電極５を形成した。また、４つの角部のそれぞれに、中心角が90°の扇形状の切り欠き状の凹部１ｉ（半径0.3ｍｍ×高さ0.65ｍｍ）の内周面から凹部１ｈの側壁部の下面にかけて外部電極５を形成した。
【００６３】
そして、実施例１〜実施例３には、絶縁基体１の凹部１ｈの底面の周囲に対応する部位であって、下面から0.65ｍｍの高さの側壁部の外側面に沿って溝６を形成した。実施例１では、図１および図２に示す例のように、４つの辺のそれぞれに３個の半円形状の溝６（半径0.35ｍｍ×高さ0.05ｍｍ）と、４つの角部のそれぞれに中心角が90°の扇形状の溝６（半径0.35ｍｍ×高さ0.05ｍｍ）とを、平面視した際に外部電極５のそれぞれと重なる領域に、外部電極５の上方に位置するように形成した。
【００６４】
次に、実施例２では、図４に示す例のように、４つの角部に凹部１ｈまで貫通して形成された溝６（深さ0.65ｍｍ×高さ0.05ｍｍ）を、平面視した際に外部電極５のそれぞれと重なる領域に、外部電極５の上方に位置するように形成した。
【００６５】
また、実施例３では、図３に示す例のように、側壁部の外側面の全周にわたってつながって形成された１つの溝６（深さ0.35ｍｍ×高さ0.05ｍｍ）を、外部電極５の上方に位置するように形成した。
【００６６】
また、比較例として、溝６が無い点以外は実施例１〜３と同様の構成の圧力検出装置用基体を作製した。
【００６７】
次に、これら実施例１〜実施例３および比較例の圧力検出装置用基体を、ＦＲ−４基板（熱膨張係数：13×10−６／℃）に銅箔から成る搭載用電極が形成された外部回路基板に鉛−錫共晶はんだで実装して、25℃での静電容量を測定した。その後、定圧環境下で０℃まで冷却して、０℃での静電容量を測定した。
【００６８】
その結果、25℃での静電容量値に対する０℃での静電容量値の変化量は、比較例が10ｆＦであったのに対して、実施例１が１ｆＦ、実施例２が４ｆＦ、実施例３が４ｆＦと、いずれも小さくなった。この結果から、溝６によってダイアフラム１ｄの変形が抑制されて静電容量値の変化量が小さくなったことがわかる。
【００６９】
また、これら実施例１〜実施例３および比較例の圧力検出装置用基体について、絶縁基体１の熱膨張率を７×10−６／℃とし、外部回路基板の熱膨張率を13×10−６／℃として、25℃から−20℃に変化させた際のスペーサ１ｃに加わる応力をシミュレーションにより求めた。
【００７０】
この結果、比較例では、スペーサ１ｃに加わる応力が1.95×10−１1.91Ｎ／ｍｍ２であった。これに対して、実施例１では、スペーサ１ｃに加わる応力が5.01×10−１Ｎ／ｍｍ２となり、比較例における応力の26.2％となった。また、実施例２では、スペーサ１ｃに加わる応力が6.15×10−１Ｎ／ｍｍ２となり、比較例における応力の32.2％となった。そして、実施例３では、スペーサ１ｃに加わる応力が6.10×10−１Ｎ／ｍｍ２となり、比較例における応力の3.19％となった。この結果、本発明の圧力検出装置用基体によれば、絶縁基体１の側壁部の外側面に沿って溝６を設けたことにより、スペーサ１ｃに加わる応力を減少させることが確認できた。
【００７１】
以上の結果から、圧力検出装置用基体によれば、溝６を有することから、溝６よりも上の絶縁基体１が変形することが抑制されるので、ダイアフラム１ｄが変形することが抑制されて、上側電極３と下側電極４との間隔が変化することを抑制できると言える。従って、圧力検出装置によって検出される静電容量が、周囲の温度変化によって変化することを抑制できるので、外部の圧力を精度良く検出することができる圧力検出装置用基体となる。
【符号の説明】
【００７２】
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・・・配線導体
１ｇ・・・枠体
１ｈ・・・凹部
１ｉ・・・切り欠き状の凹部
２・・・電極用導体層
３・・・上側電極
４・・・下側電極
５・・・外部電極
６・・・溝
６ａ・・・貫通孔
７・・・電子部品
８・・・導電性接合材
９・・・封止樹脂
【図１】
2011095018.tif 000003
【図２】
2011095018.tif 000004
【図３】
2011095018.tif 000005
【図４】
2011095018.tif 000006
【図５】
2011095018.tif 000007