(57)【要約】【課題】  構造的強度を高め、正確な圧力測定を長期間にわたって維持できる圧力センサを提供する。【解決手段】  圧力センサ１０は、タッチモード式静電容量型の圧力センサであって、一方の表面に形成される第１電極６０と、第１電極６０の表面に成膜される誘電体膜７０と、他方の表面に形成される第１接合電極３０と、を有する固定基板４０と、誘電体膜７０に対向して形成されるダイヤフラム５１と、ダイヤフラム５１の表面に第１電極６０に対向して設けられる第２電極８０と、を有する可動基板５０と、を備え、固定基板４０と可動基板５０とが接合されてダイヤフラム５１と誘電体膜７０との間に形成される空間５５の内外を連通する貫通孔４６を有する接続電極３３が固定基板４０に設けられ、固定基板４０の表面４３に、貫通孔４６を密閉する絶縁性材料からなる台座基板２０がさらに接合されていることを特徴とする。【選択図】      図１
2007057455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムが圧力を受けて誘電体膜と接触する接触面積の変化を検出して圧力を測定
するタッチモード式静電容量型の圧力センサであって、
一方の表面に形成される第１電極と、該第１電極の表面に成膜される前記誘電体膜と、
他方の表面に形成される第１接合電極と、を有する固定基板と、
前記誘電体膜に対向して形成される前記ダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表面に前記
第１電極に対向して設けられる第２電極と、を有する可動基板と、を備え、
前記固定基板と前記可動基板とが接合されて前記ダイヤフラムと前記誘電体膜との間に
形成される空間の内外を連通する貫通孔を有する接続電極が、前記固定基板に設けられ、
前記固定基板の他方の表面に、前記貫通孔を密閉する絶縁性材料からなる台座基板がさ
らに接合されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサにおいて、
前記固定基板と前記可動基板との間に設けられる金属層を加熱溶着することによって、
前記固定基板と前記可動基板との周縁部を接合し、前記空間に滞留する前記加熱溶着の際
に発生したガスを前記貫通孔より除去した後、前記固定基板と前記台座基板とを陽極接合
して構成されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧力センサにおいて、
前記第１電極が、前記貫通孔を有する接続電極を介して前記第１接合電極と接続され、
前記第１接合電極が、前記第１電極と外部回路との接続部を有していることを特徴とす
る圧力センサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧力センサにおいて、
前記第２電極が、前記可動基板の周縁に設けられる第３接合電極まで延在され、前記第
３接合電極と前記金属層を介して前記固定基板の周縁に形成される第２接合電極と接続さ
れ、
前記第２接合電極が、前記第２電極と外部回路との接続部を有していることを特徴とす
る圧力センサ。
【請求項５】
一方の表面に形成される第１電極と、該第１電極の表面に成膜される誘電体膜と、他方
の表面に形成される第１接合電極と第４接合電極と、を有する固定基板と、
前記誘電体膜に対向して形成されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表面に前記第１
電極に対向して設けられる第２電極と、周縁に設けられる第３接合電極と、を有する可動
基板と、を備え、
前記固定基板には、該固定基板と前記可動基板とが接合されて前記ダイヤフラムと前記
誘電体膜との間に形成される空間の内外を連通し、且つ前記第１電極と前記第１接合電極
とを接続する貫通孔を有する接続電極と、前記第２電極と前記第４接合電極とを接続する
貫通接続電極と、が形成され、
前記固定基板の他方の表面に、前記貫通孔を密閉する絶縁性材料からなる台座基板がさ
らに接合されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の圧力センサにおいて、
前記第１接合電極と前記第４接合電極のそれぞれが、ほぼ同一高さの範囲に設けられる
外部回路との接続部を有していることを特徴とする圧力センサ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の圧力センサにおいて、
前記固定基板と前記可動基板とが、熱膨張率がほぼ等しい材料から形成されていること
を特徴とする圧力センサ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の圧力センサにおいて、
前記固定基板と前記可動基板とが、水晶から形成されていることを特徴とする圧力セン
サ。
【請求項９】
ダイヤフラムが圧力を受けて誘電体膜と接触する接触面積の変化を検出して圧力を測定
する圧力センサの製造方法であって、
固定基板の製造工程は、一方の表面に、第１電極を形成する工程と前記第１電極の表面
に誘電体膜を成膜する工程と、他方の表面に第１接合電極を形成する工程と、前記第１電
極と前記第１接合電極とを接続する貫通孔を有する接続電極を形成する工程とを含み、
可動基板の製造工程は、ダイヤフラムを形成する工程と前記ダイヤフラムの表面に第２
電極を形成する工程とを含み、
前記固定基板と前記可動基板とを金属層を用いて加熱溶着により接合する工程と、
当該工程において発生し、前記固定基板と前記可動基板によって形成される空間に滞留
したガスを前記貫通孔から除去する工程と、
前記ガスを除去した後、前記固定基板に台座基板を積層して陽極接合により接合し、前
記貫通孔を密閉する工程と、
を含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧力センサの製造方法において、
前記貫通孔を有する接続電極は、固定基板に貫通孔を開設する工程と、前記第１電極を
形成する工程と、前記第１接合電極を形成する工程と、によって、前記固定基板の表裏両
面側から前記固定基板に開設された貫通孔の内面に沿って形成することを特徴とする圧力
センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ及び圧力センサの製造方法に関し、詳しくは、タッチモード静電
容量型の圧力センサの構造と、この圧力センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型圧力センサの中で、導電性を有するダイヤフラムを形成した基板（可動基板
）と、電極と誘電体膜を備える基板（固定基板）とを接合し、圧力を受けたときに、ダイ
ヤフラムが撓み、ダイヤフラムと誘電体膜が接触する接触面積の変化を検出して圧力を測
定するタッチモード式静電容量型の圧力センサというものがある。
【０００３】
従来、タッチモード式静電容量型の圧力センサとして、導電性を有するダイヤフラムを
形成したシリコン構造体（可動基板）を、電極とそれを覆う誘電体膜を形成した基体（固
定基板）上に、ダイヤフラムと前記電極が対向し、且つ、誘電体膜と空間をあけた状態で
、基体とシリコン構造体とを、真空中で加熱溶着や無機接着剤を用いて接合して構成され
る圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上述した特許文献１と同様な構造の圧力センサにおいて、基体の表面に第２電極
と誘電体膜が形成され、基体を貫通するようにして第２電極と接続される貫通電極が、第
２電極から基体（固定基板）の裏面側へ引き出される配線として形成され、ダイヤフラム
を構成したシリコン構造体（可動基板）と基体とを接合し、ダイヤフラムと誘電体膜との
間の空間の密閉性を高めたタッチモード式静電容量型の圧力センサも知られている（例え
ば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１４０５８号公報（第５頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−５０１７３号公報（第８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような特許文献１によれば、基体とシリコン構造体とを加熱溶着や無機接着剤等を
用いて接合し、ダイヤフラムと誘電体膜との間の空間を密閉しているが、これらの接合方
法では、接合工程の際にガスが発生し、上述の空間にこのガスが滞留し、空間内部の圧力
が増加して、ダイヤフラムが膨張歪みを生じ、正確な圧力測定ができないという課題があ
る。
【０００７】
また、前述の特許文献２では、ダイヤフラムと誘電体膜との間の空間の密閉性を高める
ために、基体を貫通する貫通電極を設けているが、前述した特許文献１と同様に、ダイヤ
フラムと誘電体膜との間の空間に接合工程の際にガスが滞留するという課題は解決してい
ない。
【０００８】
また、特許文献１及び特許文献２ではともに、シリコン構造体とガラスからなる基体と
を誘電体膜を挟んで接合しており、シリコン構造体とガラスとは、熱膨張率が異なり、接
合の際に加熱した場合、熱膨張率の差から変形してしまうことが考えられ、ダイヤフラム
の変形や空間の密閉性が損なわれることが予測される。
【０００９】
また、基体及びシリコン構造体は、薄肉形成されており構造的強度が低い。特に、ダイ
ヤフラムはさらに薄肉形成されることから、ダイヤフラム形成の際、または接合の際の内
部応力の増加、あるいは外部回路との接続の際に変形されることも考えられる。
【００１０】
本発明の目的は、前述した課題を解決することを要旨とし、ダイヤフラムの膨張歪み、
応力変形をなくし、正確な圧力測定を長期間にわたって維持できる圧力センサと、少ない
工程で効率よく製造可能な圧力センサの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧力センサは、ダイヤフラムが圧力を受けて誘電体膜と接触する接触面積の変
化を検出して圧力を測定するタッチモード式静電容量型の圧力センサであって、一方の表
面に形成される第１電極と、該第１電極の表面に成膜される前記誘電体膜と、他方の表面
に形成される第１接合電極と、を有する固定基板と、前記誘電体膜に対向して形成される
前記ダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表面に前記第１電極に対向して設けられる第２電
極と、を有する可動基板と、を備え、前記固定基板と前記可動基板とが接合されて、前記
ダイヤフラムと前記誘電体膜との間に形成される空間の内外を連通する貫通孔を有する接
続電極が、前記固定基板に設けられ、前記固定基板の他方の表面に、前記貫通孔を密閉す
る絶縁性材料からなる台座基板がさらに接合されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、ダイヤフラムが形成される可動基板と、誘電体膜が形成される固定
基板と、台座基板と、を積層して接合して構成しているため、圧力センサ全体としての構
造的強度が高まり、接合の際に発生する内部応力や、薄肉形成されるダイヤフラムの変形
を防止することができる。
【００１３】
また、詳しくは後述するが、固定基板と可動基板との接合手段が、仮に加熱溶着である
場合において、接合の際に発生しダイヤフラムと誘電体膜との間に形成される空間に滞留
するガスを貫通孔から除去し、台座基板で密閉することにより、ガスによるダイヤフラム
が膨張歪みを生じることを防止し、正確な圧力測定を行うことができる。
【００１４】
さらに、上述したように圧力センサとしての構造的強度を高めることと、空間内のガス
を除去することと合わせて、空間内の状態を一定の状態に維持することができるので、長
時間にわたって、圧力センサの性能を維持することができる。
【００１５】
また、本発明の圧力センサは、前記固定基板と前記可動基板との間に設けられる金属層
を加熱溶着することによって、前記固定基板と前記可動基板との周縁部を接合し、前記空
間に滞留する前記加熱溶着の際に発生したガスを前記貫通孔より除去した後、前記固定基
板と前記台座基板とを陽極接合して構成されていることが好ましい。
ここで、加熱溶着のために用いられる金属層としては、例えば、Ａｕ／Ｓｎ合金が選択
される。
【００１６】
ダイヤフラムは薄肉に形成されており、このような部材を接合する際には、加圧力が小
さくてもよいＡｕ／Ｓｎ合金を加熱溶着することが一般的であるが、Ａｕ／Ｓｎ合金を加
熱溶着する際にガスが発生することが知られている。そこで、ガスを除去した後、ガスを
発生しない陽極接合による接合手段で接合することにより、上述した空間内にガスが滞留
せず、陽極接合を真空環境で行うことにより、空間内を真空状態にすることができる。
【００１７】
また、前記第１電極が、前記貫通孔を有する接続電極を介して前記第１接合電極と接続
され、前記第１接合電極が、前記第１電極と外部回路との接続部を有していることが好ま
しい。
ここで、外部回路との接続部は、例えば、第１接合電極を固定基板の側面の所定位置に
まで延在させることで形成可能である。
【００１８】
このようにすることで、固定基板の可動基板側の一方の表面に設けられる第１電極を接
続電極によって、他方の表面側に取り出すことができ、また、外部回路との接続部を有す
ることで、先述した空間の密閉性を損なわずに外部回路との接続を行うことができる。
【００１９】
また、前記第２電極が、前記可動基板の周縁に設けられる第３接合電極まで延在され、
前記第３接合電極と前記金属層を介して前記固定基板の周縁に形成される第２接合電極と
接続され、前記第２接合電極が、前記第２電極と外部回路との接続部を有していることが
好ましい。
ここで、第２接合電極と第３接合電極は、固定基板と可動基板とを加熱溶着する際に、
接合強度を安定化する機能も有する。
【００２０】
従って、上述の構造によれば、ダイヤフラムの表面に形成される第２電極を、第３接合
電極と金属層を介して第２接合電極にまで接続する。第２接合電極は第１電極と電気的に
は独立しているため、第２接合電極が、ダイヤフラム側の第２電極の取り出し電極となる
。このようにすれば、先述した空間の密閉性を損なうことなく第２電極と外部回路との接
続を行うことができる。
【００２１】
また、本発明の圧力センサは、一方の表面に形成される第１電極と、該第１電極の表面
に成膜される誘電体膜と、他方の表面に形成される第１接合電極と第４接合電極と、を有
する固定基板と、前記誘電体膜に対向して形成されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの
表面に前記第１電極に対向して設けられる第２電極と、周縁に設けられる第３接合電極と
、を有する可動基板と、を備え、前記固定基板には、該固定基板と前記可動基板とが接合
されて前記ダイヤフラムと前記誘電体膜との間に形成される空間の内外を連通し、且つ前
記第１電極と前記第１接合電極とを接続する貫通孔を有する接続電極と、前記第２電極と
前記第４接合電極とを接続する貫通接続電極と、が形成され、前記固定基板の他方の表面
に、前記貫通孔を密閉する絶縁性材料からなる台座基板がさらに接合されていることを特
徴とする。
【００２２】
この発明によれば、第１電極と第１接合電極とを接続する貫通孔を有する接続電極と、
第２電極と第４接合電極とを接続する貫通接続電極と、が備えられ、それぞれが接続され
ているため、空間の密閉性を損なうことなく、第１電極及び第２電極それぞれを外部回路
と接続することができる。
【００２３】
また、上述の構造では、前記第１接合電極と前記第４接合電極のそれぞれが、ほぼ同一
高さの範囲に設けられる外部回路との接続部を有していることが好ましい。
【００２４】
前述したように、第１電極と第２電極とは、固定基板の裏面（他方の表面と表している
）に設けられる第１接合電極と第４接合電極に接続されている。従って、第１接合電極と
第２接合電極は同一平面に設けられていることから、それぞれの外部回路との接続部もほ
ぼ同一の高さに設けることが可能となり、外部回路との接続（実装）を容易に行うことが
できる。
【００２５】
また、前記固定基板と前記可動基板とが、熱膨張率がほぼ等しい材料から形成されてい
ることが好ましい。
【００２６】
このようにすれば、可動基板と固定基板との加熱溶着による接合の際、それぞれの熱膨
張率をほぼ同じにすることで、熱による歪みを低減し、上述した空間の密閉性を確保でき
、正確な圧力測定値を得ることができる。
【００２７】
さらに、前記固定基板と前記可動基板とが、水晶から形成されていることが望ましい。
前述した特許文献１，２によれば、ダイヤフラムがシリコンによって形成されているが
、シリコンにおいて、ダイヤフラムの厚さを正確に制御することが困難とされており、水
晶により可動基板を形成することで、ダイヤフラムの厚さを高精度に制御することができ
る。
【００２８】
また、可動基板と固定基板とを同じ材料で形成することから、前述した加熱溶着の際の
熱ひずみを低減することができる。
【００２９】
また、本発明の圧力センサの製造方法は、ダイヤフラムが圧力を受けて誘電体膜と接触
する接触面積の変化を検出して圧力を測定する圧力センサの製造方法であって、固定基板
の製造工程には、一方の表面に、第１電極を形成する工程と前記第１電極の表面に誘電体
膜を成膜する工程と、他方の表面に第１接合電極を形成する工程と、前記第１電極と前記
第１接合電極とを接続する貫通孔を有する接続電極を形成する工程とを含み、可動基板の
製造工程には、ダイヤフラムを形成する工程と前記ダイヤフラムの表面に第２電極を形成
する工程とを含み、前記固定基板と前記可動基板とを金属層を用いて加熱溶着して接合す
る工程と、当該工程において発生し、前記固定基板と前記可動基板によって形成される空
間に滞留したガスを前記貫通孔から除去する工程と、前記ガスを除去した後、前記固定基
板に台座基板を積層して陽極接合により接合し、前記貫通孔を密閉する工程と、を含むこ
とを特徴とする。
【００３０】
この本発明の圧力センサの製造方法によれば、可動基板及び固定基板の形成、これらに
設けられる各電極の形成は、従来の水晶振動子の製造方法で製造することが可能で、また
、可動基板と固定基板との接合により発生するガスを除去した後、固定基板と台座基板と
の接合は、ガスが発生しない陽極接合により行うため、前述した発生ガスが空間内に滞留
することによる圧力測定への影響を排除することができる他、前述した圧力センサの構造
を簡単な少ない工程で実現し、前述した圧力センサの効果を奏することができる。
【００３１】
また、可動基板に設けられるダイヤフラムの形成が、表面からの１回の形成工程（例え
ば、エッチング工程）で行うことができ、また、固定基板に開設する貫通孔も、一回の開
設工程（例えば、エッチング工程）で行うことができ、優れた性能の圧力センサを安価で
提供することができる。
【００３２】
また、前記貫通孔を有する接続電極は、固定基板に貫通孔を開設する工程と、前記第１
電極を形成する工程と、前記第１接合電極を形成する工程と、によって、前記固定基板の
表裏両面側から前記固定基板に開設された貫通孔の内面に沿って形成することが望ましい
。
ここで、第１電極及び第１接合電極は、例えば、蒸着法、スパッタリング法等によって
形成される。
【００３３】
接続電極は、第１電極を形成する際、固定基板の表面から固定基板に開設される貫通孔
内の表面から途中まで形成し、第１接合電極を形成する際、固定基板の裏面から貫通孔内
の途中までに形成することで、この貫通孔内において第１電極と第１接合電極とが接続さ
れる。従って、接続電極を形成するためだけの工程は不要であり、製造工程数を減ずるこ
とができる。
また、このようにして接続電極を形成することで、接続電極に貫通孔を開設することが
でき、さらに、この接続電極と第１接合電極との接続部が連続した均一の平面となるため
、陽極接合の際に、空間の密閉性と台座基板との接合強度を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は本発明の実施形態１に係る圧力センサを示し、図５は実施形態１の変形例
、図６は実施形態２、図７は実施形態２の変形例を示している。
（実施形態１）
【００３５】
図１〜図４は実施形態１に係る圧力センサ及び圧力センサの製造方法を示している。
図１は、実施形態１に係る圧力センサの概略構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断
面構造を模式的に示す断面図である。図１（ａ）、（ｂ）において、本実施形態の圧力セ
ンサ１０は、ガラスからなる台座基板２０と、この台座基板２０に積層して接合される固
定基板４０と、さらに、固定基板４０に積層して接合される可動基板５０と、から構成さ
れた３層構造の構造体である。
【００３６】
台座基板２０は、平面が矩形の板部材からなり、固定基板４０が接合される面は平滑に
仕上げられている。
なお、台座基板２０の材質は、ガラスに限らず、固定基板４０及び可動基板５０より構
造的強度が高く、より好ましくは、固定基板４０及び可動基板５０と熱膨張率が近い材質
が選択される。
【００３７】
固定基板４０は水晶からなり、可動基板５０が接合される側の一方の表面４３の略中央
には凹部が形成されており、この凹部の底面４２には平面形状が矩形の第１電極６０が形
成され、この第１電極６０の一辺からはリード電極６１が凹部の斜面を通って表面４３ま
で延在さている。また、凹部から離れた位置で、且つリード電極６１の範囲内に、固定基
板４０の表面４３から裏面４４までを貫通する貫通孔４１が開設されている。
【００３８】
貫通孔４１は、本実施形態では、固定基板４０の表裏両面方向からエッチング法を用い
て開設されているため、厚さ方向中央部近傍がくびれた断面形状をしており、リード電極
６１が、このくびれた部分まで延在されている。なお、貫通孔４１内に延在されたリード
電極は接続電極６２とされ、蒸着法等の成膜手段によって形成されるため、貫通孔４１の
内面に沿って延在されるため、中央には貫通孔４６が形成される。
【００３９】
また、固定基板４０の表面４３の周縁には、第２接合電極６５が形成されている。上述
した第１電極６０と第２接合電極６５とは、電気的に分離されており、ともにＡｕからな
る電極である。なお、図示しないが、第１電極６０、第２接合電極６５と固定基板４０と
の間には、Ａｕと水晶との密着性を高めるため、Ｃｒ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｕの薄膜が形
成されている。
【００４０】
固定基板４０の裏面４４には、ほぼ全面にわたってＡｌからなる第１接合電極３０が形
成されている。第１接合電極３０は、蒸着法等の成膜手段によって形成されるため、貫通
孔４１の内面に沿って延在される接続電極３１を形成し、表面４３側から延在されている
接続電極６２と重なり合い、接続電極３３が形成される。従って、第１電極６０は、リー
ド電極６１、貫通孔４６を有する接続電極３３を介して裏面４４に形成される第１接合電
極３０に接続されている。
【００４１】
第１接合電極３０は、さらに固定基板４０の周縁部に設けられる半円形の切欠き４５（
図３（ａ）〜（ｃ）、参照）の内面に沿って形成される側面電極３２まで延在されている
。側面電極３２は、図示しない外部回路との接続を行う接続リード９８の接続部（図１、
参照）である。
【００４２】
第１電極６０の表面には、誘電体膜７０が成膜されている。誘電体膜７０は、石英ガラ
ス、セラミック、酸化シリコン（ＳｉＯ2）などの絶縁材料として周知の材料をスパッタ
法やＣＶＤ法等の成膜手段を用いて形成される。この誘電体膜７０は、第１電極６０を覆
うように形成される。
上述したような構造の固定基板４０の上面には、可動基板５０が積層して接合されてい
る。
【００４３】
可動基板５０は水晶から構成されており、略中央部には、周囲より薄肉形成されるダイ
ヤフラム５１が形成されている。ダイヤフラム５１は、可動基板５０の表面５２からドラ
イエッチングやウェットエッチング等の手段を用いて凹部５４を穿設することにより形成
されている。また、ダイヤフラム５１は、上述した誘電体膜７０に対向する範囲及び位置
に設けられる。
【００４４】
可動基板５０の裏面５３には第２電極８０が形成されている。第２電極８０は、上述し
た第１電極６０に対向して設けられ、ほぼ同じ矩形状であり、ダイヤフラム５１の撓みに
対応して撓む可動電極である。この第２電極８０は、矩形状の隅部からリード電極８１が
延在され、可動基板５０の裏面５３の周縁に設けられる第３接合電極８２に連続している
。これら第２電極８０、リード電極８１、第３接合電極８２はＡｕを蒸着法、スパッタ法
によって形成される。
なお、図示しないが、第２電極８０、リード電極８１、第３接合電極８２と可動基板５
０との間には、Ａｕと水晶との密着性を高めるため、Ｃｒ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｕの薄膜
が形成されている。
【００４５】
次に、可動基板５０と固定基板４０との接合状態について説明する。可動基板５０の裏
面５３側において、上述した第３接合電極８２の上面には、Ａｕ／Ｓｎからなる金属層９
０がスパッタ法等を用いて形成されている。この金属層９０は、前述した第２接合電極６
５、第３接合電極８２とほぼ同じ平面形状で形成されている。この金属層９０を加熱溶着
することで、可動基板５０と固定基板４０とが、それぞれの周縁において接合されている
。
【００４６】
上述したように、固定基板４０と可動基板５０とは共に水晶から構成されており、熱膨
張率が等しいため、接合の際に加熱されても熱膨張差による変形は非常に少ない。
【００４７】
可動基板５０と固定基板４０が接合されることにより、ダイヤフラム５１（第２電極８
０）と誘電体膜７０との間に空間５５が形成される。従って、この状態において、空間５
５は、貫通孔４６によって、固定基板４０の表裏を連通している。
可動基板５０と固定基板４０との接合後、加熱溶着の際に発生したガスを貫通孔４６か
ら排除することが可能となる。例えば、吸引等の手段または真空状態にした後、窒素雰囲
気等に置換する等を行うことで、ガスを空間５５から排除することができる。
【００４８】
台座基板２０と固定基板４０とは、陽極接合により接合される。つまり、平滑に仕上げ
られたガラスの表面とＡｌ（第１接合電極３０）との間で陽極接合される。陽極接合では
、接合の際にガスは発生しない。こうして、台座基板２０によって、貫通孔４６が封止さ
れ、空間５５が密閉される。
陽極接合を真空環境で行うことにより、空間５５が真空状態の絶対圧力センサとなる。
また、大気圧環境で行えば、空間５５内が大気圧状態のゲージ圧センサ（相対圧センサ）
となる。
【００４９】
なお、可動基板５０の一つの辺（図２も参照）には、二つの半円形の切欠き５６，５７
が形成されている。固定基板４０の一辺にも一つの切欠き４５が形成されており、可動基
板５０と固定基板４０とを接合した際、切欠き５７と切欠き４５とは重なる。これら切欠
き５６，５７，４５は、圧力センサ１０を図示しない外部回路に接続する際の接続部位置
に相当し、接続のためのスペース確保、接続作業性を高めるために設けられている。
【００５０】
切欠き４５の内面には、接続部としての側面電極３２があり、この側面電極３２に導電
性接着剤９５によって、外部回路との接続リード９８が接続される。切欠き５７は、接続
作業がし易いように設けられる。また、切欠き５６の底部には、第２接合電極６５の一部
が覗いた接続部６６として、導電性接着剤９５によって、もう一方の接続リード９７が接
続される。
なお、図１（ｂ）は、圧力センサ１０と外部回路との接続部は、説明を分かりやすくす
るために、左右に分けて表している。
【００５１】
こうして、構成された本実施形態による圧力センサ１０は、静電容量型圧力センサのう
ちのタッチモード式静電容量型圧力センサと呼ばれる。この形式の圧力センサは、圧力を
受けると、ダイヤフラム５１が空間５５を圧縮する方向に撓み、第２電極８０が誘電体膜
７０に接触する。さらに圧力を受けると、この接触面積が増加していく。この際、第２電
極８０と第１電極６０との間の静電容量が接触面積の変化に対応して増加する。
【００５２】
この第２電極８０と第１電極６０を接続リード９７，９８によって図示しない測定器（
外部回路を含む）に接続し、交流電圧を印加して、その共振周波数またはインピーダンス
変化を検出することで、圧力の検出を行う。
【００５３】
従って、前述した実施形態１によれば、ダイヤフラム５１が形成される可動基板５０と
、誘電体膜７０が形成される固定基板４０と、台座基板２０と、を積層して接合して構成
しているため、圧力センサ全体としての構造的強度が高まり、接合の際に発生する内部応
力や、薄肉形成されるダイヤフラム５１の変形を防止することができる。
【００５４】
また、固定基板４０と可動基板５０との接合手段が、Ａｕ／Ｓｎの金属を加熱溶着によ
り、接合の際に発生し空間５５に滞留するガスを貫通孔４６から除去し、台座基板２０で
密閉することにより、ガスによるダイヤフラム５１が膨張歪みを生じることを防止し、正
確な圧力測定を行うことができる。
【００５５】
また、空間５５内のガスを除去した後、台座基板２０の接合を真空中において行えば、
空間５５内を真空にすることができ、絶対圧力を正確に測定することができる。
【００５６】
さらに、上述したように圧力センサ１０としての構造的強度を高めることと、空間５５
内のガスを除去することと合わせて、空間５５内の状態を一定の状態に維持することがで
きるので、長期間にわたって、圧力センサ１０の性能を維持することができる。
【００５７】
また、ダイヤフラム５１は薄肉に形成されており、このような部材を接合する際には、
加圧力が小さくてもよいＡｕ／Ｓｎ合金を加熱溶着することが一般的であるが、Ａｕ／Ｓ
ｎ合金を加熱溶着する際にガスが発生することが知られている。ここで、ガスを除去した
後、ガスを発生しない陽極接合（真空環境下において）で接合することにより、空間５５
内にガスが滞留せず、良好な真空状態を維持することができる。
【００５８】
また、固定基板４０の表面４３に設けられる第１電極６０を固定基板４０に開設する貫
通孔４１の内面に設けられる接続電極３３によって、裏面４４側に取り出すことができ、
外部回路との接続部（側面電極３２）を有することで、先述した空間５５の密閉性を損な
わずに外部回路との接続を行うことができる。
【００５９】
さらに、ダイヤフラム５１の表面に形成される第２電極８０を、第３接合電極８２と金
属層９０を介して固定基板４０の表面に設けられる第２接合電極６５にまで接続している
。第２接合電極６５は第１電極６０と電気的には独立しているため、第２接合電極６５が
、ダイヤフラム５１側の第２電極８０の取り出し電極としているので、空間５５の密閉性
を損なうことなく第２電極８０と外部回路との接続を行うことができる。
（実施形態１に係る圧力センサの製造方法）
【００６０】
続いて、前述した実施形態１による圧力センサ１０の製造方法について図面を参照して
説明する。
図２は、圧力センサ１０を構成する可動基板５０の製造方法、図３は固定基板４０の製
造方法、図４は、可動基板５０、固定基板４０、台座基板２０の接合方法（つまり組立方
法）を示している。図１（ｂ）も参照して説明する。
【００６１】
図２は、可動基板５０の製造方法の主な工程を示し、可動基板５０の裏面５３側を視認
した平面図である。
図２（ａ）は、外形形状とダイヤフラム５１、電極の形成工程を示している。図２（ａ
）において、まず、可動基板５０をエッチング法（ドライエッチングまたはウェットエッ
チング）によって、外形形状とダイヤフラム５１を形成する。ダイヤフラム５１は、可動
基板５０の表面５２からハーフエッチングにより凹部５４を穿設することで形成される（
図１（ｂ）、参照）。この際、可動基板５０は水晶であるため、凹部５４の深さ、つまり
ダイヤフラム５１の厚さを高精度で形成することができる。
【００６２】
可動基板５０の一辺には、二つの切欠き５６，５７が、外形形状の形成工程によって形
成されている。なお、可動基板５０の外形形成は、表裏両面からのエッチングで行うこと
ができる。
【００６３】
こうして形成された可動基板５０と可動基板５０の表面（裏面５３）にＡｕ膜を蒸着法
またはスパッタ法により成膜し、所定の形状にパターニングする。そして、ダイヤフラム
５１の裏面５３に第２電極８０、リード電極８１、第３接合電極８２を連続した電極とし
て形成する。なお、第３接合電極８２の切欠き５６の周縁部は、外形部との隙間を有して
形成される。この隙間は、固定基板４０との接合後において、第１電極６０から延在され
る側面電極３２とのショートを防止するために設けられる。
なお、第２電極８０、リード電極８１、第３接合電極８２と可動基板５０との間には，
図示しないＣｒ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｕからなる薄膜が設けられている。
【００６４】
続いて、金属層９０を形成する。
図２（ｂ）は、金属層９０の形成工程を示している。図２（ｂ）において、前工程で形
成された第３接合電極８２の表面にＡｕ／Ｓｎからなる金属層９０を蒸着法等によって形
成する。金属層９０は、第３接合電極８２の形状とほぼ同じ形状に形成される。従って、
金属層９０と第２電極８０とは電気的に接続された状態である。
このようにして、可動基板５０が形成される。
【００６５】
なお、前述した可動基板５０の製造方法は、水晶ウエハに複数の可動基板を配列して、
ダイヤフラム、前述した各電極、金属層を形成した後、一つ一つの可動基板として分離す
る工程とすることができる。
【００６６】
続いて、固定基板４０の製造方法について説明する。
図３は、固定基板４０の製造方法を表している。図３（ａ）は、固定基板４０の表面４
３側から視認した平面図であり、外形形状、貫通孔４１、凹部、電極の形成工程を示して
いる。
まず、誘電体膜７０を形成するための凹部をハーフエッチングにより形成する（図１（
ｂ）、参照）。固定基板４０は水晶から形成されているため、凹部の形状及び深さを高精
度で形成することができる。
【００６７】
次に、貫通孔４１を開設するとともに外形形状をエッチング法によって形成する。なお
、貫通孔４１は孔径が小さいので、固定基板４０の表裏両面からのエッチングにより形成
することが好ましい。外形形状は、前述した可動基板５０とほぼ同じであるが、可動基板
５０に設けられている切欠き５７と同じ位置に切欠き４５が形成されている。
【００６８】
次に、Ａｕからなる第１電極６０と第２接合電極６５とを蒸着法またはスパッタ法によ
って形成する。第１電極６０は、穿設された凹部の底面４２内に前述した第２電極８０と
対向する位置にほぼ同じ形状に設定されており、凹部の斜面から貫通孔４１を覆う範囲ま
でリード電極６１が延在されている。第２接合電極６５は、固定基板４０の表面４３の周
縁に前述した可動基板５０の金属層９０とほぼ同じ形状で形成され、第１電極６０とは電
気的に分離されている。なお、第２接合電極６５の切欠き４５の周縁は外形部と隙間を有
して形成される。
【００６９】
貫通孔４１内には、リード電極６１を形成する際に、貫通孔４１の内面までＡｕ膜が成
膜され（図１（ｂ）、図３（ｃ）、参照）、接続電極６２が形成される。ここで、接続電
極６２は、貫通孔４１の内面に沿って形成されるため、貫通孔４１内に充填されずに接続
電極６２の中央部には貫通孔４６が形成される。
【００７０】
次に、誘電体膜７０を形成する。
図３（ｂ）は、誘電体膜７０の形成工程を表している。図３（ｂ）において、第１電極
６０を覆うように誘電体膜７０をスパッタ法やＣＶＤ法等の成膜手段で形成する。誘電体
膜７０のダイヤフラム５１側の表面は、平滑な同一平面に形成されることが好ましい。
続いて、固定基板４０の裏面４４側に第１接合電極３０を形成する。
【００７１】
図３（ｃ）は、第１接合電極３０の形成工程を表す断面図である。固定基板４０の裏面
４４の全面にわたってＡｌからなる第１接合電極３０を蒸着法等を用いて形成する。ここ
で、第１接合電極３０の形成は、図中、矢印Ｓ方向からの斜め蒸着によって行う。このこ
とによって、裏面４４と、貫通孔４１の内面及び側面電極３２を同工程で電極を形成する
ことを可能にする。
なお、側面電極３２は、切欠き４５の内面にのみ形成されることが好ましい。
【００７２】
貫通孔４１内には表面４３側から接続電極６２が形成されており、第１接合電極３０を
形成する際には、貫通孔４１の内面に沿って接続電極３１が形成され、貫通孔４１のくび
れ部近傍で接続電極６２と接続電極３１とが重なり合い接続され、接続電極３３となる。
つまり、固定基板４０の表裏両面からの電極形成によって接続電極３３が形成される。そ
して、接続電極３３に中央を貫通する貫通孔４６が開設される。こうして、第１電極６０
、リード電極６１、接続電極３３、第１接合電極３０が接続され、同電位の電極が形成さ
れる。
次に、上述した方法で製造された可動基板５０と固定基板４０と、台座基板２０とを接
合する。
【００７３】
図４は、接合工程を表し、（ａ）は可動基板５０と固定基板４０とを接合する工程を示
している。まず、可動基板５０と固定基板４０とをそれぞれ所定の位置に積層し、圧力と
加熱による加熱溶着によりＡｕ／Ｓｎからなる金属層９０を溶融し、第３接合電極８２と
第２接合電極６５との間を溶着接合する。
続いて、この接合工程において発生し、空間５５に滞留するガスを貫通孔４６から吸引
して除去する。
次に、台座基板２０を接合する。
【００７４】
図４（ｂ）は、固定基板４０と台座基板２０の接合工程を表している。固定基板４０と
台座基板２０との接合は、真空環境においてＡｌからなる第１接合電極３０とガラス表面
との間の陽極接合によって行う。陽極接合ではガスの発生はない。従って、空間５５内は
真空となり絶対圧センサが構成される。
【００７５】
こうして完成された圧力センサ１０は、図示しない外部回路と接続して使用される。こ
こで、図１に示すように、第１電極６０は、接続部としての側面電極３２に導電性接着剤
９５を用いて接続リード９８に接続され、また、第２電極８０は、第２接合電極６５に接
続されており、切欠き５６から露出している第２接合電極６５の部分を接続部６６として
導電性接着剤９５を用いて接続リード９７に接続される。そして、接続リード９７，９８
によって外部回路に接続される。
【００７６】
従って、前述した圧力センサの製造方法によれば、可動基板５０及び固定基板４０の形
成、及びこれらに設けられる各電極の形成は、従来の水晶振動子の製造方法で製造するこ
とが可能で、また、可動基板５０と固定基板４０との接合により発生するガスを除去した
後、固定基板４０と台座基板２０との接合は、ガスが発生しない陽極接合により行うため
、前述した発生ガスが空間内に滞留することによる圧力測定への影響を排除することがで
きる他、圧力センサ１０の構造を簡単な少ない工程で実現し、前述した構造の圧力センサ
１０の効果を奏することができる。
【００７７】
また、可動基板５０に設けられるダイヤフラム５１の形成が、表面からの１回の形成工
程（例えば、エッチング工程）で行うことができ、また、固定基板４０に開設する貫通孔
４１も、一回の開設工程（例えば、エッチング工程）で行うことができ、優れた性能の圧
力センサを安価で提供することができる。
【００７８】
さらに、固定基板４０に設けられる接続電極３３は、表裏両面から電極形成工程によっ
て形成されるため、特に、接続電極３３を形成することによる第１接合電極３０と接続電
極３３との接続部の平面性が損なわれることなく均一平面となるため、陽極接合を確実に
行うことが可能となり、空間５５の密閉性や接合強度を確保することができるという効果
もある。
【００７９】
なお、金属層９０は、上述した実施形態では可動基板５０側に設けられたが、固定基板
４０側に設けてもよい。
（実施形態１の変形例）
【００８０】
次に、前述した実施形態１の圧力センサの変形例について図面を参照して説明する。こ
の変形例は、実施形態１の技術思想を基本として、ダイヤフラムの形状、このダイヤフラ
ムに対向する固定基板の形状を変えたもので、共通部分の説明を省略し、共通部分には同
じ符号を附して説明する。
図５は、実施形態１の変形例の圧力センサを模式的に示す断面図である。図５において
、圧力センサ１００は、台座基板２０と固定基板４０と可動基板５０とが積層され接合さ
れて構成されている。
【００８１】
可動基板５０には、表裏両面に凹部５４，５８が同じ位置、同じ形状で穿設されている
。これら凹部５４，５８によってダイヤフラム５１が形成されている。裏面側に形成され
る凹部５８の底面には第２電極８０が形成され、周縁に設けられる第３接合電極８２に接
続されている。
【００８２】
また、固定基板４０には、貫通孔４１が開設されているが、実施形態１（図１、参照）
において設けられている凹部は無く、表面４３に第１電極６０が形成され、この第１電極
６０と貫通孔４１に設けられる接続電極３３とは、実施形態１と同様な構造で接続されて
いる。固定基板４０の表面４３の周縁には第２接合電極６５が形成されている。また、第
１電極６０を覆うように誘電体膜７０が形成されている。
【００８３】
従って、この変形例では、可動基板５０に形成されるダイヤフラム５１が、表裏両面か
らのハーフエッチングによって形成されるとともに、固定基板４０は表面が同一平面に形
成されているところが実施形態１と異なり、それ以外の構造、あるいは製造方法は、実施
形態１と同じである。つまり、固定基板４０を一枚の平板にして、誘電体膜７０の部分と
空間５５を設けるために、可動基板５０に凹部５８を設けたものである。
【００８４】
上述した変形例によれば、可動基板５０のダイヤフラム５１を表裏両面から加工して形
成するが、この加工は同じ工程内で行うことができ、また、固定基板４０は、凹部を設け
る加工は不要となり、前述した実施形態１により得られた効果に加え、製造方法をより簡
素化することを可能にする。
（実施形態２）
【００８５】
続いて、本発明の実施形態２に係る圧力センサについて図面を参照して説明する。実施
形態２は、前述した実施形態１の技術思想を基本として、圧力センサと外部回路との二つ
の接続部を固定基板のほぼ同一高さ位置に設ける構造にしていることに特徴を有している
。従って、共通部分の説明を省略する。
図６は、実施形態２に係る圧力センサ１００を模式的に示す断面図である。図６におい
て、圧力センサ１００は、台座基板２０と固定基板１４０と可動基板５０とが積層され接
合されて構成されている。可動基板５０、台座基板２０は、前述した実施形態１と共通で
ある。
【００８６】
固定基板１４０には、貫通孔４１とは別に貫通孔１４１が開設され、切欠き４５に加え
切欠き１４５（平面図は省略）が設けられている。切欠き１４５は、可動基板５０に設け
られる切欠き５６と同じ位置に配設されている。固定基板１４０も、この貫通孔１４１と
この貫通孔１４１内に設けられる貫通接続電極１３３、切欠き１４５以外は、実施形態１
による固定基板４０と同じ構成である。固定基板１４０には、可動基板５０に設けられる
第３接合電極８２（または金属層９０）の範囲内の位置に第２接合電極６５が設けられて
いる。
【００８７】
貫通孔１４１は、もう一方の貫通孔４１と同様な方法で開設された後、表面の第２接合
電極６５及び裏面の第４接合電極１３０を形成する際に、貫通孔１４１の内面にまでそれ
ぞれの電極が入り込んで相互に重なり合い貫通接続電極１３３が形成される。この際、貫
通接続電極１３３には貫通孔１４６が形成されるが、この貫通孔１４６は必ずしも必要と
しない。従って、貫通接続電極１３３は、一般のビアホールで形成してもよい。
【００８８】
また、固定基板１４０の裏面に形成されるＡｌからなる電極は、貫通孔１４１の近傍の
分離帯１３５で電気的に分離されて、一方が第１接合電極３０、他方が第４接合電極１３
０とされ、第２電極８０が貫通接続電極１３３を介して第４接合電極１３０に接続されて
いる。第４接合電極１３０は、前述した側面電極３２と同様に斜め蒸着によって、切欠き
１４５内に延在され、側面電極１３２が形成されている。この側面電極１３２は、外部回
路との接続部である。
【００８９】
従って、第１電極６０と接続する側面電極３２と第２電極８０と接続する側面電極１３
２とは、外部回路との接続部として、固定基板１４０の側面のほぼ同一高さの範囲に配設
されていることになり、外部回路との接続（圧力センサの実装）を容易に行うことができ
る。
【００９０】
また、固定基板１４０には、新たに貫通孔１４１が設けられるが、この貫通孔１４１は
、もう一方の貫通孔４１の開設と同じ工程で開設することができ、内面の貫通接続電極１
３３も、接続電極３３と同じ工程で形成することができるので、工程数を増やさずに実施
形態２の圧力センサを実現することができる。
（実施形態２の変形例）
【００９１】
次に、前述した実施形態２の圧力センサの変形例について図面を参照して説明する。こ
の変形例は、実施形態２の技術思想を基本として、ダイヤフラムの形状、このダイヤフラ
ムに対向する固定基板の形状を変えたもので、共通部分の説明を省略し、共通部分には同
じ符号を附して説明する。
図７は、実施形態２の変形例の圧力センサを模式的に示す断面図である。図７において
、圧力センサ１００は、台座基板２０と固定基板１４０と可動基板５０とが積層され接合
されて構成されている。
【００９２】
可動基板５０には、表裏両面に凹部５４，５８が同じ位置、同じ形状で穿設されている
。これら凹部５４，５８によってダイヤフラム５１が形成されている。この裏面側に形成
される凹部５８の底面には第２電極８０が形成され、周縁に設けられる第３接合電極８２
に接続されている。この可動基板５０の形状は、前述した実施形態１の変形例による可動
基板５０（図５、参照）と共通である。
【００９３】
また、固定基板１４０には、貫通孔４１，１４１が開設されているが、実施形態２（図
６、参照）において設けられている凹部は無く、表面１４３に第１電極６０が形成され、
この第１電極６０と貫通孔４１に設けられる接続電極３３、第２電極８０と貫通孔１４１
に設けられる貫通接続電極１３３とは、前述した実施形態２と同様な構造で接続されてい
る。固定基板１４０の表面１４３の周縁には第２接合電極６５が形成されている。また、
第１電極６０を覆うように誘電体膜７０が形成されている。
【００９４】
つまり、この変形例では、可動基板５０に形成されるダイヤフラム５１が、表裏両面か
らのハーフエッチングによって形成されるとともに、固定基板１４０は表面が同一平面に
形成されているところが実施形態２と異なるところで、それ以外の構造、あるいは製造方
法は、実施形態２と同じである。つまり、固定基板１４０を一枚の平板にして、誘電体膜
７０の部分と空間をあけるために、可動基板５０に凹部５８を設けたものである。
【００９５】
従って、上述した変形例によれば、可動基板５０のダイヤフラム５１を表裏両面から加
工して形成するが、この加工は同工程内で行うことができ、また、固定基板１４０は、凹
部を設ける加工は不要となり、前述した実施形態１により得られた効果に加え、製造方法
をより簡素化することを可能にする。
【００９６】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる
範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明している
が、本発明の技術的思想及び目的の範囲に逸脱することなく、以上説明した実施形態に対
し、形状、材質、組み合わせ、その他の詳細な構成、及び製造工程間の加工方法において
、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【００９７】
従って、上記に開示した形状、材質、製造工程などを限定した記載は、本発明の理解を
容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものでないから、それ
らの形状、材質、組み合わせなどの限定の一部もしくは全部の限定をはずした部材の名称
での記載は、本発明に含まれるものである。
【００９８】
以上説明した実施形態１、実施形態２によればダイヤフラムの膨張歪み、応力変形をな
くし、構造的強度を高め、正確な圧力測定を長期間にわたって維持できる圧力センサと、
少ない工程で効率よく製造可能な圧力センサの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態１に係る圧力センサの概略構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面構造を模式的に示す断面図。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態１に係る可動基板の製造方法を示す平面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態１に係る固定基板の製造方法示す平面図及び断面図。
【図４】本発明の実施形態１に係る接合工程を示し、（ａ）は可動基板と固定基板とを接合する工程、（ｂ）は固定基板と台座基板とを接合する工程を示す断面図。
【図５】本発明の実施形態１の変形例に係る圧力センサを模式的に示す断面図。
【図６】本発明の実施形態２に係る圧力センサを模式的に示す断面図。
【図７】本発明の実施形態２の変形例に係る圧力センサを模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【０１００】
１０…圧力センサ、２０…台座基板、３０…第１接合電極、３３…接続電極、４０…固
定基板、４３…固定基板の表面、４６…貫通孔、５０…可動基板、５１…ダイヤフラム、
５５…空間、６０…第１電極、７０…誘電体膜、８０…第２電極。
【図１】
2007057455.tif 000003
【図２】
2007057455.tif 000004
【図３】
2007057455.tif 000005
【図４】
2007057455.tif 000006
【図５】
2007057455.tif 000007
【図６】
2007057455.tif 000008
【図７】
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