(57)【要約】【課題】組立精度が高く、検出精度にバラツキのない小型の静電容量式圧力センサおよびその製造方法を提供することにある。【解決手段】基板１１，２１の対向面のうち、平板電極１２，２２の周囲に環状のスペーサ１８を設けるとともに、前記スペーサ１８の周囲に前記スペーサ１８よりも軟化点または融点が低い材料からなるフリット２３を設けた。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隙で対向する平板電極を２枚の基板の対向面にそれぞれ設けた静電容量式圧力センサにおいて、
前記基板の対向面のうち、前記平板電極の周囲に環状のスペーサを設けるとともに、前記スペーサの周囲に前記スペーサよりも軟化点または融点が低い材料からなるフリットを設けたことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
【請求項２】
環状のスペーサのうち、電極の引き出し線に重なる部分に切り欠き部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式圧力センサ。
【請求項３】
環状のスペーサのうち、電極の引き出し線に重なる部分を低く形成したことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式圧力センサ。
【請求項４】
第１基板の片面に設けた平板電極の周囲に環状のスペーサを設ける工程と、第２基板の片面に設けた平板電極の周囲を囲み、かつ、前記スペーサの外径よりも大きな内径を有するとともに、前記スペーサよりも軟化点または融点が低い材料でフリットを設ける工程と、前記フリットが軟化または溶融する温度で前記第１基板に前記第２基板を接合一体化する工程と、からなることを特徴とする静電容量式圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量式圧力センサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、静電容量式圧力センサは、２枚の基板の各対向面にそれぞれ設けた平板状電極を所定間隔で平行に対向させたものである。そして、前記基板の一方が外部圧力で板厚方向に撓むことによって生じる静電容量の変化を検出することにより、外部から負荷された圧力を検出する。
【０００３】
したがって、検出精度の均一化を図るうえで、対向する電極間の距離は極めて重要な意義を有している。このため、例えば、特開平５−２８８６２３号公報あるいは特開平１０−１１１２０６号公報において、セラミックの微小球あるいは樹脂ビーズを用いて所定の電極間ギャップを確保する方法がそれぞれ開示されている。
【０００４】
しかしながら、いずれの方法も微小球を流動性のある接着剤に混合して使用する方法である。このため、２枚の基板を対向させ、前記微小球の直径が基板の対向距離となるように接合一体化すると、前記基板間で接着剤が必要以上に広がって固化する。この結果、外部圧力で板厚方向に撓む基板であるダイヤフラムを支持する支点間距離にバラツキが生じ、均一な検出精度が得にくく、調整作業が煩雑になるという問題点がある。
【０００５】
また、特開平８−２４０５００号公報には、不連続で一様な高さを有するスペーサの外周に、前記スペーサよりも軟化点の低いフリットを設けた静電容量式圧力センサにおいて、スペーサを用いて所定の電極間ギャップを確保する方法が開示されている。
【０００６】
しかし、前述の圧力センサでは基板外径を小さくすると、フリットを不連続なスペーサ近傍に配置する必要があり、軟化したフリットがスペーサの間から侵入して固化する。このため、外部圧力で板厚方向に撓む基板であるダイヤフラムを支持する支点間距離にバラツキが生じ、均一な検出精度が得にくいという問題点がある。
【０００７】
本発明は、前記問題点に鑑み、組立精度が高く、検出精度にバラツキのない小型の静電容量式圧力センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる静電容量式圧力センサは、前記目的を達成すべく、所定の間隙で対向する平板電極を２枚の基板の対向面にそれぞれ設けた静電容量式圧力センサにおいて、前記基板の対向面のうち、前記平板電極の周囲に環状のスペーサを設けるとともに、前記スペーサの周囲に前記スペーサよりも軟化点または融点が低い材料からなるフリットを設けた構成としてある。
【０００９】
したがって、本発明によれば、スペーサはフリットよりも軟化点または融点がも高いとともに、フリットの内側に位置する。このため、フリットを設けた基板とスペーサを設けた基板とを、前記フリットが軟化または溶融する温度で接合一体化しても、スペーサは軟化または溶融せず、２枚の前記基板で挟持されるので、所定の電極ギャップを確保できる。さらに、環状の前記スペースが軟化または溶融した前記フリットの内方への侵入を阻止する。このため、外部からの圧力で板厚方向に撓む基板であるダイヤフラムの支点間距離にバラツキが生じず、検出精度が均一な静電容量式圧力センサが得られる。特に、本発明によれば、フリットをスペーサの近傍に配置できるので、基板面積の小さい小型の静電容量式圧力センサが得られる。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、環状のスペーサのうち、電極の引き出し線に重なる部分に切り欠き部を設けた構成であってもよい。
本実施形態によれば、引き出し線を設けた基板の表面に一様な高さのスペーサを形成する場合であっても、電極の引き出し線に重なる部分を切り欠いてあるので、スペーサが部分的に盛り上がることがなく、スペーサの高さが一様となる。このため、一方の基板に他方の基板を接合一体化すると、両者は平行となり、基板が傾くことがないので、検出精度がより一層、均一化する。
【００１１】
本発明の別の実施形態としては、環状のスペーサのうち、電極の引き出し線に重なる部分を低く形成した構成としてもよい。
このため、本実施形態によれば、電極の引き出し線に重なる部分を除き、環状のスペーサは一様な高さを有するので、所定の電極間ギャップを確保しつつ、２枚の基板を平行に接合一体化できる。
【００１２】
本発明にかかる静電容量式圧力センサの製造方法は、第１基板の片面に設けた平板電極の周囲に環状のスペーサを設ける工程と、第２基板の片面に設けた平板電極の周囲を囲み、かつ、前記スペーサの外径よりも大きな内径を有するとともに、前記スペーサよりも軟化点または融点が低い材料でフリットを設ける工程と、前記フリットが軟化または溶融する温度で前記第１基板に前記第２基板を接合一体化する工程と、からなる方法である。
【００１３】
本発明によれば、スペーサはフリットよりも軟化点または融点が高いとともに、フリットの内側に位置する。このため、フリットを設けた基板とスペーサを設けた基板とを、前記フリットが軟化または溶融する温度で接合一体化しても、スペーサは軟化または溶融せず、２枚の前記基板で挟持されるので、所定の電極ギャップを確保できる。さらに、前記スペーサが前記フリットの内側に設けられているので、前記スペーサが前記フリットの内方への侵入を阻止する。このため、外部からの圧力で板厚方向に撓む基板であるダイヤフラムの支点間距離にバラツキが生じず、小型で検出精度が均一な静電容量式圧力センサが得られる。特に、本発明によれば、フリットをスペーサの近傍に配置できるので、基板面積の小さい小型の静電容量式圧力センサが得られるという効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる実施形態を図１ないし図６の添付図面に従って説明する。
本発明にかかる第１実施形態は、図１ないし図４に示すように、基台１０とダイヤフラム２０とを所定間隔で対向させつつ、接合一体化した場合である。
【００１５】
図３Ｂに示すように、前記基台１０は厚肉のセラミック基板１１の上面中央に第１固定電極１２を設けるとともに、引き出し線１３を介してスルーホール１４に接続してある。さらに、前記第１固定電極１２の周囲に配置した略Ｃ字形状の第２固定電極１５は、引き出し線１６を介してスルーホール１７に接続してある。このため、前記スルーホール１４，１７を介してセラミック基板１１の下面側から電気接続可能となっている。前記第２固定電極１５の周囲には環状のスペーサ１８が配置されている。
【００１６】
前記第１，第２固定電極１２，１５、引き出し線１３，１６およびスルーホール１４，１７は、Ａｕ，Ａｇ等の導電材料を印刷あるいはメッキ等の既存の方法で形成してある。
【００１７】
前記スペーサ１８は、所定の電極ギャップを確保するとともに、後述するダイヤフラム１０のフリット２３の侵入を阻止するものである。前記スペーサ１８としては、例えば、軟化点５４０℃のガラス、融点１４５５℃のＮｉペースト、融点１０８３℃のＣｕを印刷あるいはメッキ等の既存の方法で形成できる。
【００１８】
ダイヤフラム２０は薄肉のセラミック基板２１の下面に可動電極２２を形成するとともに、前記可動電極２２の周囲に環状のフリット２３を形成してある。前記フリット２３は、前記スペーサ１８よりも軟化点または融点が低い材料からなり、その内径は前記スペーサ１８の外径とほぼ同等以上に形成されている。
【００１９】
前記可動電極２２は、前記第１，第２固定電極１２，１５と同様の材料，方法で形成できる。一方、前記フリット２３は、例えば、軟化点３７０℃のガラス、融点２８０℃のＡｕＳｎロウ材を印刷あるいはメッキ等の既存の方法で形成できる。
【００２０】
前述の印刷による方法としては、例えば、図４に示すスクリーン印刷が挙げられる。
すなわち、メッシュ状スクリーン３０の下面のうち、印刷する領域以外の領域に乳剤３１を塗布して目止めする。そして、基板１１（２１）の上に前記スクリーン３０を位置決めした後、ペースト状塗布剤３２をゴム製スキージ３３で引き伸ばす（図４Ａ）。スクリーン３０の乳剤３１を塗布していない領域から塗布剤３２が通過し、基板１１（２１）に塗布される（図４Ｂ）。ついで、前記スキージ３３の移動に伴って基板１１（２１）に塗布された塗布剤３４が、スクリーン３０の上面に残存する塗布剤３２から分離し、その直後にスクリーン３０自身の張力でスクリーン３０が基板１１（２１）から離れる（図４Ｃ）。そして、基板１１（２１）に塗布された塗布剤３４の表面が表面張力で円弧面となる（図４Ｄ）。
【００２１】
前述のメッキによる電極１２，２２等の形成方法としては、例えば、基板１１（１２）をパラジウムで下地処理した後、基板１１（１２）全面にＣｕを無電解メッキする。ついで、レジストマスクを印刷した後、ＮｉおよびＡｕを順次、無電解メッキする。ついで、前記レジストマスクを剥離し、無電解メッキしたＣｕを除去することにより、電極１２，２２、引き出し線１３，１６およびスルーホール１４，１７が形成される。
【００２２】
前述のメッキによるスペーサ１８の形成方法としては、例えば、基板１１をパラジウムで下地処理した後、基板１１全面にＣｕを無電解メッキする。ついで、レジストマスクを印刷した後、Ｃｕを電解メッキする。ついで、前記レジストマスクを剥離し、無電解メッキしたＣｕを除去することにより、スペーサ１８が形成される。
【００２３】
そして、図１に示すように、基台１０の上方にダイヤフラム２０を位置決めし、ついで、フリット２３だけが軟化または溶融する温度雰囲気中で基台１０にダイヤフラム２０を押圧する。これにより、フリット２３が軟化して変形しながら基板１１の表面に接着するとともに、スペーサ１８に接着する。このとき、前記スペーサ１８はダイヤフラム２０を押圧した場合にも変形しないので、所定の電極ギャップを確保できる。さらに、前記基台１０のスぺーサ１８がフリット２３の内方への侵入を阻止するので、ダイヤフラム２０の支点間距離はスペーサ１８の直径で定まり、高い組立精度を確保できる。
【００２４】
また、前記フリット２３はシール材としても機能する。このため、フリット２３を環状に形成することにより、２枚の基板を接合一体化して電極間ギャップを完全にシールし、電極間ギャップを真空に保持して絶対圧を測定できるセンサとしてもよい。さらに、前記フリット２３は必ずしも連続している必要はなく、不連続に形成しておいてもよい。
【００２５】
第２実施形態は、図５Ａ，Ｂに示すように、基台１０に設けたスペーサ１８のうち、引き出し線１３および引き出し線１６（図５には図示せず）と重なる部分に切り欠き部１９を形成した場合である。そして、前述の第１実施形態と同様に、基台１０にダイヤフラム２０を接合一体化することにより、フリット２３がスペーサ１８の切り欠き部１９を遮へいする。
【００２６】
本実施形態によれば、スペーサ１８が引き出し線１３と重なる部分はない。このため、例えば、基板１１上にスペーサ１８を印刷方法で形成しても、スペーサ１８が部分的に盛り上がることがなく、一様な高さを有するスペーサ１８が得られる。この結果、基台１０にダイヤフラム２０を接合一体化すると、ダイヤフラム２０が基台１０に平行に接合一体化され、傾くことがない。したがって、組立精度が高く、検出精度が均一な圧力センサが得られるという利点がある。
【００２７】
なお、スペーサには必ずしも前記切り欠き部を設ける必要はなく、例えば、図６に示すように、スペーサ１８の引き出し線１３と重なる部分を、フリットが流入しない程度に一段低く形成してもよい。
【００２８】
また、スペーサに切り欠き部を設ける場合であっても、必ずしもフリットで遮へいする必要はなく、開放しておいてもよい。さらに、フリットはスペーサから所定の距離だけ離して組み付けるようにしてもよい。そして、切り欠き部の巾寸法を必要最小限とすることにより、フリットの侵入を防止してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、スペーサはフリットよりも軟化点または融点が高いとともに、フリットの内側に位置する。このため、フリットを設けた基板とスペーサを設けた基板とを、前記フリットが軟化または溶融する温度で接合一体化すると、スペーサは軟化または溶融せず、２枚の前記基板で挟持されるので、所定の電極ギャップを確保できる。さらに、環状の前記スペーサが軟化または溶融した前記フリットの内方への侵入を阻止する。このため、外部からの圧力で板厚方向に撓む基板であるダイヤフラムの支点間距離にバラツキが生じず、検出精度が均一な静電容量式圧力センサが得られる。特に、本発明によれば、フリットをスペーサの近傍に配置できるので、床面積の小さい小型の静電容量式圧力センサが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる静電容量式圧力センサの第１実施形態を示し、図Ａは接合前を示す断面図、図Ｂは接合後を示す断面図である。
【図２】図１で示した第１実施形態の接合工程を示す拡大断面図であり、図Ａは接合前の拡大断面図であり、図Ｂは接合後の拡大断面図である。
【図３】図１で示した構成部材を示し、図Ａはダイヤフラムの底面図、図Ｂは基台の平面図である。
【図４】本発明で使用されるスクリーン印刷を説明するための工程図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示し、図Ａは接合前の基台を示す部分拡大図、図Ｂは接合後の基台を示す部分拡大図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１０…基台、１１…セラミック基板、１２…第１固定電極、１３…引き出し線、１４…スルーホール、１５…第２固定電極、１６…引き出し線、１７…スルーホール、１８…スペーサ、１９…切り欠き部、２０…ダイヤフラム、２１…セラミック基板、２２…可動電極、２３…フリット。
【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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