(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイアフラムと、絶縁基体と、これらの間に設けられ、貫通穴が形成されたスペーサとを有し、前記ダイアフラムにおける、前記スペーサの内側の前記貫通穴と重なる部分が可撓領域であり、前記ダイアフラムと前記絶縁基体と前記スペーサとに囲まれた内部空間を有する絶縁構造体と、
前記内部空間の互いに上下方向に対向する内壁面の上側に設けられた上側電極及び下側に設けられた下側電極とを備え、前記内壁面の上側或いは下側の少なくとも一方が、外部からの圧力が印加された際に可撓する前記可撓領域を有する圧力センサ用パッケージであって、
上側または下側からの平面視において前記絶縁構造体の前記内部空間の周囲の領域には、前記内部空間から前記絶縁構造体の外表面まで延びる空隙部が形成されており、該空隙部の下側に凹み部が設けられていることを特徴とする圧力センサ用パッケージ。
【請求項２】
前記空隙部が封止材によって封止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。
【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センサ用パッケージ、およびその製造方法、ならびに圧力センサ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知られている。この静電容量型の圧力検出装置に用いられるパッケージは、下記特許文献１に記載されているように、半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、絶縁基体の表面に形成された静電容量形成用の第１の電極と、絶縁基体の表面に可撓な状態で接合されたダイアフラムと、このダイアフラムの表面に第１の電極に対向するように被着された静電容量形成用の第２の電極とを備えている。そして、第１の電極および第２の電極により静電容量を形成するために、これら電極間に所定の間隔を設ける必要があり、ダイアフラムと絶縁基体との間に枠状のスペーサを備えている。そして、これらの絶縁基体とスペーサとダイアフラムとにより密閉された空間が形成され、外部の圧力の変動に伴ってダイアフラムが可撓することで、第１の電極と第２の電極との間隔の変化させることができる。
【０００３】
なお、下記特許文献１における圧力検出装置用パッケージにおいては、絶縁基体とスペーサとダイアフラムとが一体的に形成されている。
【０００４】
このような圧力検出装置用パッケージは、絶縁基体用のセラミックグリーンシートと、スペーサ用のセラミックグリーンシートと、ダイアフラム用のセラミックグリーンシートとを積層して、内部に密閉空間を有する圧力検出装置用パッケージ用のセラミックグリーンシート積層体を形成し、これを焼成することにより焼結一体化して形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006−47327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、上述したセラミックグリーンシート積層体を焼成すると、この焼成による焼結一体化と同時に内部に密閉空間が形成されてしまうことから、焼成後に内部空間の気圧を用途に応じて調整することや、必要に応じて望ましいガスを充填することが不可能であった。
【０００７】
また、圧力センサ用パッケージを構成するセラミックグリーンシート積層体を焼成する際、空間を密閉した状態で焼結を行うため、空間内のガスが膨張したり、セラミックグリーンシートから脱したガスが空間内に充満したりして、焼成時にダイアフラムが変形してしまい、第１の電極と第２の電極との間隔が大きくなるということがあった。
特に、近年は、圧力検出装置用パッケージの小型化に伴い、第１電極および第２電極の面積が小さくなってきており、第１の電極と第２の電極との間隔が予定したものよりも広くなると、外部の圧力の変動による変化率が低減して外部の圧力を感度良く検出することができなくなる可能性を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑み案出されたもので、その目的は、外部の圧力を感度良く検出することができる圧力センサ用パッケージおよび圧力センサを提供することにある。
また、圧力センサ用パッケージの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧力センサ用パッケージは、ダイアフラムと、絶縁基体と、これらの間に設けられ、貫通穴が形成されたスペーサとを有し、前記ダイアフラムにおける、前記スペーサの内側の前記貫通穴と重なる部分が可撓領域であり、前記ダイアフラムと前記絶縁基体と前記スペーサとに囲まれた内部空間を有する絶縁構造体と、前記内部空間の互いに上下方向に対向する内壁面の上側に設けられた上側電極及び下側に設けられた下側電極とを備え、前記内壁面の上側或いは下側の少なくとも一方が、外部からの圧力が印加された際に可撓する前記可撓領域を有する圧力センサ用パッケージであって、上側または下側からの平面視において絶縁構造体の前記内部空間の周囲の領域には、内部空間から絶縁構造体の外表面まで延びる空隙部が形成されており、該空隙部の下側に凹み部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、好ましくは、前記空隙部が封止材によって封止されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の圧力センサ用パッケージは、上側または下側からの平面視において絶縁構造体の内部空間の周囲の領域に、内部空間から絶縁構造体の外表面まで延びる空隙部が形成されており、空隙部の下側に凹み部が設けられている。従って、空隙部が形成されておらず、予め内部空間が密閉された状態にある絶縁構造体からなる圧力センサ用パッケージとは異なり、必要に応じて絶縁構造体の内部空間内の状態を変更することができる。例えば、内部空間を真空状態にすることで、上部電極と下部電極間の誘電率を低くすることができる。また、圧力センサが極端な高圧環境下においての使用が予定される場合は、内部空間を大気圧よりも十分高くしておくこともでき、さらには必要に応じて、ヘリウムガス等のガスを充填しておくこともできる。また、可撓領域に空隙部を形成した場合と比較して、外部の圧力が印加された際の可撓領域の撓みにばらつきが生じることが抑制される。
【００１２】
また、空隙部が封止材によって封止されていることから、必要に応じた状態で密閉された内部空間を有する圧力センサ用パッケージとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の圧力センサ用パッケージの実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線における断面図であり、（ｂ）は、（ａ）を元にした本発明の圧力センサの断面図である。
【図３】本発明の圧力センサ用パッケージの絶縁基体の実施の形態の一例を示す分解上面図である。
【図４】本発明の圧力センサ用パッケージのスペーサの実施の形態の一例を示す分解上面図である。
【図５】本発明の圧力センサ用パッケージのダイアフラムの実施の形態の一例を示す分解下面図である。
【図６】本発明の圧力センサ用パッケージの実施の形態の一例を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の圧力センサ用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）を元にした本発明の圧力センサの断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の圧力センサ用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）を元にした本発明の圧力センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の圧力検出装置用パッケージについて説明する。図１は、本発明の圧力センサ用パッケージの実施の形態の一例を示す平面図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線における断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）を元にした圧力センサの断面図である。これらの図において、１は絶縁構造体、２は絶縁基体、３はスペーサ、４はダイアフラム、４ａは可撓領域、５は下側電極、６は上側電極、７は空隙部、８は配線導体、９は封止
材、１０は電子部品、１１は導電性接合材、１２は封止樹脂であり、Ｓは内部空間である。
【００１５】
本発明の圧力センサ用パッケージは、内部空間Ｓを有する絶縁構造体１と、内部空間Ｓの互いに対向する内壁面の上側及び下側のそれぞれに設けられた上側電極６及び下側電極５とを備え、内壁面の上側或いは下側の少なくとも一方が、外部からの圧力が印加された際に可撓する可撓領域４ａを有する圧力センサ用パッケージであって、絶縁構造体１には、内部空間Ｓから絶縁構造体１の外表面まで延びる空隙部７が形成されている。
【００１６】
なお、本発明の絶縁構造体１は、例えば、絶縁基体２とスペーサ３とダイアフラム４とから構成され、これらにより絶縁構造体１に内部空間Ｓが形成される。
【００１７】
絶縁基体２、スペーサ３、ダイアフラム４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材料から成る積層体である。絶縁基体２、スペーサ３、ダイアフラム４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。その後、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，積層加工，切断加工を施すことにより絶縁基体２、スペーサ３、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートを得る。そして、これら絶縁基体２、スペーサ３、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートを約１６００℃の温度で焼成することにより、絶縁基体２、スペーサ３、ダイアフラム４がそれぞれ製作される。
【００１８】
絶縁基体２は、一方の面（図２では下面）に、電子部品１０が収容される凹部１ａが形成されており、電子部品１０を収容する容器として機能する。そして、この凹部１ａの底面の中央部に、電子部品１０が搭載される搭載部１ｂが形成されている。この搭載部１ｂに電子部品１０が搭載されるとともに、電子部品１０が凹部１ａ内において例えばエポキシ樹脂等の樹脂製封止材１２により覆われることにより、電子部品１０が封止される。
【００１９】
なお、この例では、電子部品１０は、樹脂製封止材１２によって覆われることにより封止されるが、絶縁基体２の一方の面に金属やセラミックスから成る蓋体を、凹部１ａを塞ぐように接合させることにより封止してもよい。
【００２０】
また、搭載部１ｂには電子部品１０の各電極と電気的に接続される複数の配線導体８が導出されており、この配線導体８と電子部品１０の各電極とが半田バンプ等の導電性材料から成る導電性接合材１２を介して接合される。これにより電子部品１０の各電極と各配線導体８とが電気的に接続されるとともに電子部品１０が搭載部１ｂに固定される。なお、図２に示した例では、電子部品１０の電極と配線導体８とが半田バンプを介して接続される構造としたが、電子部品１０の電極と配線導体８とはボンディングワイヤ等の他の電気的接続手段により接続されてもよい。
【００２１】
配線導体８は、電子部品１０の各電極を外部電気回路および下部電極５，上部電極６に電気的に接続するための導電路として機能し、その一部は絶縁基体２の一方の面（図２では下面）の外周部に導出され、別の一部は下部電極５，上部電極６に電気的に接続されている。そして、電子部品１０の各電極がこれら配線導体８に半田バンプ等の導電性接合材１１を介して電気的に接続されるとともに電子部品１０が樹脂製封止材１２で封止された後、配線導体８の絶縁基体２の一方の面（図２では下面）の外周部に導出された部位が外部電気回路基板の配線導体（図示せず）に半田等の導電性接合材を介して接合されること
により、内部に収容される電子部品１０が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００２２】
このような配線導体８は、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成り、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２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２用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって絶縁基体２の内部および表面に所定のパターンに形成される。なお、配線導体８の露出表面には、配線導体８が酸化腐食することを防止するとともに、配線導体８と半田等の導電性接合材１２との接合を良好なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルメッキ層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金メッキ層とが順次被着されていることが好ましい。
【００２３】
また、絶縁基体２の上面中央部には、静電容量形成用の下部電極５が被着されている。この下部電極５は、後述する上部電極６とともに感圧素子用の静電容量を形成するためのものであり、例えば略円形のパターンに形成されている。そして、この下部電極５には複数の配線導体８のうちの一つである配線導体８ａが接続されており、この配線導体８ａに電子部品１０の電極が半田バンプ等の導電性接合部材１２を介して接続されることにより電子部品１０の電極と下部電極５とが電気的に接続される。
【００２４】
このような下部電極５は、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズから成り、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２用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これを絶縁基体２用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって絶縁基体２の上面中央部に所定のパターンに形成される。
【００２５】
スペーサ３は、下部電極５を取り囲むようにして絶縁基体２の上面に積層されている。スペーサ３は、絶縁基体２と同様のセラミックス材料からなり、絶縁基体２とダイアフラム４との間に所定の間隔の密閉空間を設けるものとして機能し、外形が絶縁基体２と同様の略四角形状であり、その中央部には絶縁基体２とダイアフラム４との間に密閉空間を形成するための円形の貫通穴が形成されている。なお、スペーサ３は、その厚みが０．０１ｍｍ未満では、ダイアフラム４が圧力を受けて撓んだ際に、下部電極５と上部電極６とが接触してショートしてしまう危険性が大きくなり、他方、５ｍｍを越えると、下部電極５と上部電極６との間隔が広いものとなりすぎて内蔵する感圧素子の感度が低いものとなってしまう。従って、スペーサ３の厚みは０．０１〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。このようなスペーサ３は、内部空間Ｓ用の貫通孔を有するスペーサ３用のセラミックグリーンシートを絶縁基体２用のセラミックグリーンシート上に積層するとともに、これらを焼成することによって絶縁基体２の上面に下部電極５を取り囲むようにして焼結一体化される。
【００２６】
スペーサ３の上面には、略平板状のダイアフラム４が絶縁基体２との間に内部空間Ｓを形成するようにして可撓な状態で焼結一体化されている。ダイアフラム４は、絶縁基体２と同様のセラミックス材料からなる厚みが０．０１〜５ｍｍの略四角状の平板であり、外部の圧力に応じて絶縁基体２側に撓むいわゆる圧力センサ用のダイアフラムとして機能する。なお、スペーサ３との積層領域４ｂよりも内側の領域が可撓領域４ａ（図１に示す長破線より内側に示される領域）となり、この可撓領域４ａが外部の圧力に応じて撓むこととなる。なお、ダイアフラム４は、その厚みが０．０１ｍｍ未満では、その機械的強度が小さいものとなってしまうため、これに大きな外部圧力が印加された場合に破壊されてしまう危険性が大きなものとなり、他方、５ｍｍを超えると、小さな圧力では撓みにくくなり、圧力センサ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４の厚みは０．０１〜５ｍｍの範囲が好ましい。なお、ダイアフラム４は、ダイアフラム４用の平板状のセラミックグリーンシートを上述のスペーサ３用のセラミックグリーンシート上に積層し、これらを焼成することによって、スペーサ３上に絶縁基体２との間に内部空間Ｓを形成するようにして可撓な状態で焼結一体化される。これにより、絶縁基体２とスペーサ３とダイアフラム４とからなる内部空間Ｓを有する絶縁構造体１が焼結一体化して形成される。
【００２７】
また、ダイアフラム４の下面には静電容量形成用の略円形の上部電極６が下部電極５と対向するようにして被着されている。この上部電極６は、前述の下部電極５とともに感圧素子用の静電容量を形成するための電極として機能する。そして、上部電極６には配線導体８の他の一つ８ｂが接続されており、それにより配線導体８ｂに電子部品１０の電極を半田バンプ等の導電性接合部材１１を介して接続すると電子部品１０の電極と上部電極６とが電気的に接続されるようになっている。
【００２８】
このとき、下部電極５と上部電極６とは、絶縁基体２とダイアフラム４との間に形成された内部空間Ｓを挟んで対向しており、これらの間には、下部電極５や上部電極６の面積および下部電極５と上部電極６との間隔に応じて所定の静電容量が形成される。そして、ダイアフラム４の上面に外部の圧力が印加されると、その圧力に応じてダイアフラム４の可撓領域４ａが絶縁基体２側に撓んで下部電極５と上部電極６との間隔が変わり、それにより下部電極５と上部電極６との間の静電容量が変化するので、外部の圧力の変化を静電容量の変化として感知する感圧素子として機能する。そして、この静電容量の変化を凹部１ａ内に収容した電子部品１０に配線導体８ａ・８ｂを介して伝達し、これを電子部品１０で演算処理することによって外部の圧力の大きさを知ることができる。なお、本発明の圧力センサは、８０Ｋｐａ（低圧用圧力センサ）〜２０００Ｋｐａ（高圧用圧力センサ）の圧力のもとで使用することが可能である。
【００２９】
なお、上部電極６は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、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・分散剤を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用してダイアフラム４用のセラミックグリーンシートに印刷塗布し、これをダイアフラム４用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによってダイアフラム４の下面に内部空間Ｓを挟んで下部電極５と対向する所定のパターンに形成される。
【００３０】
そして、本発明においては、絶縁構造体１には、内部空間Ｓから絶縁構造体１の外表面まで延びる空隙部７が形成されている。この圧力センサ用パッケージは、図２（ｂ）に示すように、空隙部７を封止材９により封止（図２においては、空隙部７を開口部にて封止）することにより、内部空間Ｓを密閉することができる。例えば、内部空間Ｓを真空状態にすることで、上部電極６と下部電極５間の誘電率を低くすることもできる。また極端な高圧環境下においての使用が予定される場合は、内部空間Ｓを大気圧よりも十分高くしておくこともでき、さらには必要に応じてヘリウムガス等のガスを充填しておくこともできる。これにより、空隙部７が形成されておらず、予め内部空間Ｓが密閉された状態にある絶縁構造体１とは異なり、必要に応じて絶縁構造体１の内部空間Ｓ内の状態を変更することができる。
【００３１】
また、上述のように、絶縁基体２用のセラミックグリーンシートと、スペーサ３用のセラミックグリーンシートと、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートとを積層して絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成した際、絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体には、焼成前に予め内部空間Ｓからセラミックグリーンシート積層体の外表面まで形成された空隙部７を設けておくと良い。これにより、内部空間Ｓと絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体の外表面とが空隙部７により繋がる
こととなり、絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体を焼成する際、内部空間Ｓ内のガスを外部に放出することができるとともに、外部の気圧と内部空間内の気圧とを近いものとすることができるので、焼成時に内部空間Ｓのガスが膨張し、絶縁構造体１の可撓領域４ａが変形して上側電極６と下側電極５との間隔が予定したものよりも広くなってしまうことを抑制することができる。これにより、外部の圧力を感度良く検出することができる。
【００３２】
また、封止材９としては、ガラス、樹脂、ろう材等を用いることができる。なお、封止材９としてＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を用いる場合には、空隙部７の周囲の絶縁構造体１の表面に接合用の金属層（図示せず）を設けておき、この金属層を介してろう材を接合することにより空隙部７を封止することができる。例えば、開口部７の開口に沿って絶縁構造体１の表面に金属層を形成しておき、この金属層上にて一定量以上のろう材を溶融させて空隙部７を開口にて封止するようにすれば良い。このような金属層は、上述の配線導体８と同様にタングステン，モリブデン，銅，銀等の金属粉末メタライズ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等により絶縁構造体１を構成する各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、これを絶縁構造体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空隙部７の周囲の絶縁構造体１の表面に所定のパターンに形成される。なお、接合用の金属層がタングステンやモリブデンからなる場合、配線導体８の露出表面には、Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材との接合を良好にするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルメッキ層が被着されていることが好ましい。また、封止材９としてＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を用いる場合、封止材９が酸化腐食することを抑制するために、配線導体８と同様に封止材９の露出する表面に厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルメッキ層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金メッキ層とが順次被着されていることが好ましい。
【００３３】
また、空隙部７は、外部からの圧力が印加された際にダイアフラム４が可撓する可撓領域４ａ以外の領域、例えば、ダイアフラム４とスペーサ３とが積層されている積層領域４ｂに設けられていることが好ましい。これにより、ダイアフラム４の可撓領域４ａに空隙部７を形成した場合と比較して、外部の圧力が印加された際のダイアフラム４の撓みにばらつきが生じることが抑制される。従って、上側電極６と下側電極５とによって検出される静電容量のばらつきを抑制することができ、外部の圧力を感度良く検出することができる。
【００３４】
また、図３〜図５は、空隙部７が可撓領域４ａ以外の領域に設けられた場合の圧力センサ用パッケージの一例であり、絶縁構造体１の分解図を示している。ここでは、空隙部７は、スペーサ３およびダイアフラム４の積層領域４ｂに設けられており、図３は絶縁基体２の上面図、図４はスペーサ３の上面図、図５はダイアフラム４の下面図（絶縁基体２側からの下面図）をそれぞれ示している。なお、これらの図において、破線よりも外側における領域が、絶縁基体２と、スペーサ３と、ダイアフラム４とにおけるそれぞれの積層領域を示している。
【００３５】
また、空隙部７は、ダイアフラム４に形成する場合、例えば、図６に示すように、積層領域４ｂの幅広の領域に形成することがより好ましい。なお、ダイアフラム４が四角形状であり、可撓領域４ａが円形状であれば、空隙部７は、積層領域４ｂの幅広の領域となる対角線上の位置に設けることが好ましい。これにより、空隙部７の周囲において、絶縁構造体１の機械的強度が低下することを抑制できる。
【００３６】
また、図７に示すように、ダイアフラム４の上面に枠体１３を形成しても構わない。このような枠体１３は、絶縁構造体１と同様のセラミック材料からなる。
枠体１３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。その後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工，積層加工，切断加工を施すことにより枠体１３用のセラミックグリーンシートを得る。
そして、このセラミックグリーンシートを約１６００℃の温度で焼成することにより、枠体１３が製作される。
【００３７】
なお、枠体１３用のセラミックグリーンシートを可撓領域４ａを取り囲むようにしてダイアフラム４用のセラミックグリーンシート上に積層し、これらを同時に焼成することにより、枠体１３は、ダイアフラム４と焼結一体化、すなわち絶縁構造体１と焼結一体化される。なお、枠体１３の内径の形状は、平面視で、円形状であることが好ましい。なお、ダイアフラム４の上面に枠体１３を設ける場合は、図７に示すように、空隙部７は、枠体１３に開口しておいても構わない。
【００３８】
なお、この枠体１３用のセラミックグリーンシートをダイアフラム４用のセラミックグリーンシート上に積層して焼成することにより、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートはスペーサ３用のセラミックグリーンシートと枠体１３用のセラミックグリーンシートとにより上下方向から積層されるので、焼成時のダイアフラム４の反りを抑制することができる。
【００３９】
また、空隙部７は、その経路に段差７ａを設けておいても構わない。図７においては、枠体１３に形成された空隙部７の開口径を、ダイアフラム４に形成された空隙部７の開口径よりも大きくすることで、段差７ａを設けている例を示している。これにより、封止材９により空隙部７を封止する際に、封止材９をこの段差部７ａ内に配置できるので、封止材９が絶縁構造体１の主面から突出することを抑制しやすくなり、圧力センサ用パッケージの厚みや外形形状を安定したものとしやすくなる。また、空隙部７がダイアフラム４の主面側に開口されており、かつ空隙部７が可撓領域４ａ以外に設けられている場合、封止材９がダイアフラム４の可撓領域４ａにまで流出してしまい、ダイアフラム４の撓みに歪みが発生してしまうことを抑制することができる。
【００４０】
また、空隙部７には封止材９が封入されるとともに、空隙部７は、曲部を備えていることが好ましい。なお、ここでいう曲部とは、内部空間Ｓから絶縁構造体１の外表面まで延びる空隙部７が、その経路の途中で屈曲している部位をいう。これにより、空隙部７に封止材９を封入する際、封止材9を曲部に止めることが可能となるので、封止材９が内部空
間Ｓまで侵入して上側電極６や下側電極５を被覆してしまうことを抑制することができる。従って、上側電極６と下側電極５とによって検出される静電容量のばらつきを抑制することができ、外部の圧力を精度良く検出することができるようになる。
【００４１】
また、図８に示すように、空隙部７がダイアフラム４の主面側に開口されており、かつ空隙部７が可撓領域４ａ以外に設けられている場合、空隙部７の奥側にあたる絶縁基体２の上面等に凹み部７ｂを設けておいても構わない。これにより、封止する際に、封止材９の一部がちぎれたりして空隙部７を封止する封止材９の一部が流入してしまっても、封止材９を凹み部７ｂに収容させることで、内部空間Ｓにまで侵入することを抑制することができる。なお、封止材９としてＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を用いる場合には、凹み部７ｂの底面に接合用の金属層を形成しておくと、侵入した封止材９の一部を凹み部７ｂに形成された金属層により確実に被着させることができ、内部空間Ｓにまで侵入することを抑制することができる。
【００４２】
また、ダイアフラム４は、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉから選ばれる１種或いは複数種の金属の酸化物（金属酸化物）を含むセラミックスからなり、絶縁基体２およびスペーサ３を構成するセラミックスに含まれる金属酸化物の重量比（０を含む）よりも、ダイアフラム４を構成するセラミックスに含まれる金属酸化物の重量比のほうが高いことが好ましい。
【００４３】
このことから、ダイアフラム４のヤング率を、絶縁基体２およびスペーサ３のヤング率よりも低くできる。そして、外部の圧力が印加された際、ヤング率の低いダイアフラム４の可撓領域４ａは変形しやすい一方で、ヤング率の高い絶縁基体２およびスペーサ３は変形しにくくなる。従って、感度のよい可撓領域を持ちつつ、堅牢さを備えた絶縁構造体が得られる。これにより、外部の圧力をより感度良く検出することができる。
【００４４】
尚、ここで金属酸化物の重量比とは、以下の手順及び下記の式１に従い算出されるものをいう。すなわち、Ｏとそれぞれの金属（Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｔｉ）が、次に掲げる状態（ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ２）でそれぞれ結合しているもの、すなわち化学量論的に結合しているものとして換算した金属酸化物の重量％（複数種の場合は合量の重量％）を算出する。
【００４５】
次に、主結晶相を構成するセラミックス（例えばＡｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，Ｓｉ３Ｎ４等の少なくとも１種或いは複数種）の重量％（複数種の場合は合量の重量％）を算出する。
【００４６】
そして、次の式：金属酸化物の重量比＝金属酸化物の重量％×１００／セラミックスの重量％・・・式１に従って算出した値を金属酸化物の重量比という。
【００４７】
このような絶縁構造体１は、絶縁構造体１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、ダイアフラム４は、酸化アルミニウム質焼結体からなり、金属酸化物の重量比を２〜３５になすとよい。
【００４８】
一方、絶縁基体２およびスペーサ３は、酸化アルミニウム質焼結体からなり、金属酸化物の重量比を１〜１５になすとよい。尚、ダイアフラム４の金属酸化物の重量比は、絶縁基体２およびスペーサ３の金属酸化物の重量比よりも大きくなすことが重要である。これにより、ダイアフラム４の可撓領域４ａに十分な柔軟性を持たせることができる圧力センサが得られる。具体的には、ダイアフラム４に含まれる金属酸化物の重量比と、絶縁基体２およびスペーサ３に含まれる金属酸化物の重量比との差は、１〜２０であることが好ましい。
【００４９】
１以上であると、上述のヤング率の差が十分なものとなり、可撓性と堅牢さを備えた圧力センサ用パッケージが得られる。また、２０以下であると、ダイアフラム４とスペーサ３との間の界面に応力ひずみが生じることが抑制でき、内部空間Ｓの気密性を長期にわたって良好に保てることとなる。
【００５０】
なお、上述の場合において、ヤング率をＪＩＳＲ１６０２（ファインセラミックスの弾性率試験方法）に基いて測定したところ、ダイアフラム４の酸化アルミニウム質焼結体のヤング率は、２００ＧＰａ〜４００ＧＰａであった。
【００５１】
また、ダイアフラム４の上面にセラミックスからなる枠体１３を設ける場合、ダイアフラム４のヤング率が、枠体１３のヤング率よりも低いことが望ましい。枠体１３がセラミックスからなる場合は、枠体１３の金属酸化物の重量比よりも、ダイアフラム４の金属酸化物の重量比を高くするとよい。
【００５２】
次に、本発明の圧力センサ用パッケージの製造方法について説明する。
【００５３】
本発明の圧力センサ用パッケージの製造方法は、本発明の圧力センサ用パッケージの内部空間Ｓを有する絶縁構造体１と、内部空間Ｓの互いに対向する内壁面の上側及び下側のそれぞれに設けられた上側電極６及び下側電極５とを備え、内壁面の上側或いは下側の少なくとも一方が、外部からの圧力が印加された際に可撓する可撓領域４ａを有するとともに、内部空間Ｓから絶縁構造体１の外表面まで伸びる空隙部７が形成された圧力センサ用パッケージを得るための製造方法であって、絶縁構造体１は、内部空間Ｓ及び空隙部７が設けられたセラミックグリーンシート積層体を焼成することにより得られる。
【００５４】
上述の製造方法においては、最初に、絶縁基体２用のセラミックグリーンシートと、スペーサ３用のセラミックグリーンシートと、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートとを準備する。次に、これらのセラミックグリーンシートに金型やパンチングによる打ち抜き方法またはレーザ加工等の孔加工方法により、配線導体８用の貫通孔および内部空間Ｓ用の貫通孔を形成するとともに、下部電極５、上部電極６、配線導体８用等のメタライズペーストを印刷塗布する。そして、これらのセラミックグリーンシートの所望の領域に、上述と同様の孔加工方法により空隙部７用の貫通孔を形成する。例えば、図２に示すような圧力センサ用パッケージを形成する場合は、スペーサ３用のセラミックグリーンシートとダイアフラム４用のセラミックグリーンシートとのそれぞれに空隙部７用の貫通孔を形成しておけば良い。そして、内部空間Ｓ用の貫通孔と空隙部７用の貫通孔とが連通するようにこれらのセラミックグリーンシートを配置して積層することにより、空隙部７を有する絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成することができる。なお、空隙部７用の貫通孔は、配線導体８用の貫通孔あるいは内部空間Ｓ用の貫通孔を形成する際に同時に形成しても構わない。
【００５５】
また、絶縁基体２用のセラミックグリーンシートと、スペーサ３用のセラミックグリーンシートと、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートとを積層し、絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成した後に、レーザ加工等の加工方法により空隙部７を形成しても構わない。なお、空隙部７を形成する際に、セラミックグリーンシートの加工屑が内部空間Ｓに内在してしまう可能性を低減したり、空隙部７を必要に応じた形状に形成しやすい（段差７ａ、凹み部７ｂ、曲部等を所定の形状に形成しやすい）という点を考慮すると、上述の空隙部７用の貫通孔を各セラミックグリーンシートの所望の領域に予め形成した後、これらのセラミックグリーンシートを積層して空隙部７を形成するという方法が好ましい。
【００５６】
なお、絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成するに際して、絶縁基体２用のセラミックグリーンシートと、スペーサ３用のセラミックグリーンシートと、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートと同時に積層しても良いし、個々に積層しても構わない。なお、ダイアフラム４の上面に枠体１３を設ける場合、枠体１３用のセラミックグリーンシートを上述と同様の孔加工方法を用いて枠状に形成した後、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシート上に積層し、その後、同時に焼成することにより形成される。
【００５７】
また、好ましくは、絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体の内部空間Ｓには、焼成終了時までには焼失する焼失部材が充填されていることが好ましい。例えば、このような焼失部材としては、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。例えば、スペーサ３用のセラミックグリーンシートに内部空間Ｓ用の貫通孔を形成した後、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２用のセラミックグリーンシートと、スペーサ３用のセラミックグリーンシートと、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートとを積層した際に、セラミックグリーンシート積層体の内部空間Ｓに樹脂シートが充填されることとなる。また、絶縁基体２用のセラミックグリ
ーンシートと、スペーサ３用のセラミックグリーンシートとを積層し、これによって形成された凹部内に樹脂ペーストをスクリーン印刷法等により充填した後、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートを積層することにより、セラミックグリーンシート積層体の内部空間Ｓ内に樹脂ペーストが充填されることとなる。これにより、内部空間Ｓに焼失部材が充填されており、セラミックグリーンシート積層体は、この焼失部材により保持されるので、取扱い等によりセラミックグリーンシート積層体が変形し、内部空間Ｓの形状が所定の形状から大きく異なってしまうことを抑制することができる。例えば、絶縁基体２用のセラミックグリーンシートと、スペーサ３用のセラミックグリーンシートと、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートとを圧力を印加して積層する際に、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートは内部空間Ｓに充填された焼失部材により保持されるので、積層時の圧力によりダイアフラム４のセラミックグリーンシートの可撓領域４ａが変形することを抑制することができる。また、絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体を形成した後、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートの可撓領域４ａは、内部空間Ｓに充填された焼失部材により保持されるので、自重により伸張して変形することを抑制することができる。これらの焼失部材は、焼成する際には、熱分解したガスを空隙部７から良好に排出することができるので、熱分解した際に発生するガスによりダイアフラム４が変形することを抑制することができる。従って、絶縁構造体１の内部空間Ｓの形状を良好なものとし、上側電極６と下側電極５との間隔をより精度良く形成することができ、外部の圧力を感度良く検出することができる圧力センサ用パッケージとすることができる。
【００５８】
なお、焼失部材は、絶縁構造体１用のセラミックグリーンシート積層体の内部空間Ｓ以外の領域、すなわち空隙部７にも充填しておいても構わない。この場合においても、上記内部空間Ｓの場合と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートは、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉから選ばれる１種或いは複数種の金属の酸化物（金属酸化物）を含んでなり、スペーサ３用のセラミックグリーンシートに含まれる金属酸化物の重量比（０を含む）よりも、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートに含まれる前記金属酸化物の重量比のほうを高くなしていることが好ましい。そして、セラミックグリーンシート積層体を焼成する際には、金属酸化物成分をより多く含んでいるダイアフラム用のセラミックグリーンシートは、スペーサ用のセラミックグリーンシートよりも先に収縮を開始する。従って、ダイアフラム用のセラミックグリーンシートをスペーサ用のセラミックグリーンシートが引っ張った状態で焼成できることとなる。これにより、スペーサ用のセラミックグリーンシートが、ダイアフラム用のセラミックグリーンシートよりも先に収縮した場合のように、スペーサ用のセラミックグリーンシートが、ダイアフラム用のセラミックグリーンシートを押圧した状態で焼成された結果、ダイアフラムが湾曲した形状で焼きあがることを抑制できる。或いは、湾曲の度合いを低減することができる。従って、絶縁構造体１の内部空間Ｓの形状を良好なものとし、上側電極６と下側電極５との間隔をより精度良く形成することができ、外部の圧力を感度良く検出することができる圧力センサ用パッケージとすることができる。
【００６０】
例えば、絶縁構造体１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、スペーサ３用のセラミックグリーンシートおよびダイアフラム４用のセラミックグリーンシートは、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することにより形成される。この際、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートに添加されるＳｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉから選ばれる１種或いは複数種の金属の酸化物（金属酸化物）の重量比（定義，算出方法は上述による）が、スペーサ３用のセラミックグリーンシートの金属酸化物の重量比よりも高
くなるように添加しておけばよい。なお、絶縁構造体１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートに含まれるＳｉＯ２は、重量比で２〜３５になればよい。また、スペーサ３用のセラミックグリーンシートに含まれるＳｉＯ２は、重量比で１〜１５になればよい。
【００６１】
また、ダイアフラム４の上面に枠体１３を設ける場合、ダイアフラム４用のセラミックグリーンシートに含まれる金属酸化物の重量比が、枠体１３用のセラミックグリーンシートに含まれる金属酸化物の重量比よりも高いことが好ましい。この場合、枠体１３用のセラミックグリーンシートには、スペーサ３用のセラミックグリーンシートと同様のセラミックグリーンシートが用いられる。なお、絶縁基体２用のセラミックグリーンシートには、スペーサ３用のセラミックグリーンシートと同様のセラミックグリーンシートが用いられる。
【００６２】
本発明の圧力センサは、本発明の圧力センサ用パッケージあるいは本発明の製造方法により得られた圧力センサ用パッケージと、圧力センサ用パッケージの空隙部７に封入された封止材Ｓと、圧力センサ用パッケージに搭載された電子部品１０とを備えている。これにより、外部の圧力を感度良く検出することができる圧力センサとすることができる。
【００６３】
なお、電子部品１０には、上部電極６と下部電極５とにより形成された静電容量が配線導体８ａ，８ｂを介して伝達される。そして、これを電子部品１０により演算処理することにより、外部の圧力の大きさを知ることができる。
【００６４】
電子部品１０の搭載は、電子部品１０がフリップチップ型である場合には、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）を介して、電子部品１０の電極と配線導体８とを電気的に接続することにより行なわれ、また、電子部品１０がワイヤボンディング型である場合には、ガラス、樹脂、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１０の電極と配線導体８とを電気的に接続することにより行なわれる。また、圧力センサ用パッケージには、上述の演算処理用の電子部品１０以外にも、必要に応じて加速度センサ等の電子部品１０を搭載しても構わない。
【００６５】
そして、電子部品１０は、封止はエポキシ樹脂等の封止樹脂により電子部品を覆うことにより行なったり、電子部品を覆うようにして載置した樹脂や金属、セラミックス等からなる蓋体をガラス、樹脂、ろう材等の接着剤により圧力センサ用パッケージに取着することにより封止される。
【００６６】
なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述において、絶縁基体２は、下側に電子部品１０を収容するための凹部１ａを備えているが、絶縁基体２は平板状であっても構わない。また、本発明における圧力センサ用パッケージは、空隙部７を封止することにより、内部空間Ｓを気密にしているが、この空隙部７を覆うようにして載置した樹脂や金属、セラミックス等からなる蓋体をガラス、樹脂、ろう材等の接着剤により取着して封止することにより内部空間Ｓを気密にしても構わない。また、絶縁基体２、スペーサ３、ダイアフラム４、枠体１３は、それぞれ複数枚のセラミックグリーンシートからなるものであってもよく、これらのセラミックグリーンシートは、必要に応じて積層加工等の加工が施されていてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・絶縁構造体
２・・・絶縁基体
３・・・スペーサ
４・・・ダイアフラム
４ａ・・・可撓領域
５・・・下側電極
６・・・上側電極
７・・・空隙部
８・・・配線導体
９・・・封止材
１０・・・電子部品
１１・・・導電性接合材
１２・・・封止樹脂
Ｓ・・・内部空間
【図１】
0005665797.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005665797.tif 000006
【図６】
0005665797.tif 000007
【図７】
0005665797.tif 000008
【図８】
0005665797.tif 000009