(57)【要約】【課題】圧力検出器の製造の簡略化を図りつつ圧力の検出精度を高める。【解決手段】本発明の圧力検出器１のセンサ部３は、焼成前において、外形部分を押し潰して形成された凹部７を有するセラミック製の基板１５と、この基板１５上の凹部７の底面７ｃに配置された第１の圧力検出用電極９と、凹部７（ギャップ３７）の底面７ｃの第１の圧力検出用電極９と対向して配置された第２の圧力検出用電極８を備えるダイアフラム２と、凹部７の底面７ｃと側面７ｂとが交わる隅のＲ面取りを行って形成された面取り部７ａとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形部分を押し潰して形成された凹部を有する基板と、
前記基板上の前記凹部の底面に配置された第１の圧力検出用電極と、
前記凹部の底面の前記第１の圧力検出用電極と対向して配置された第２の圧力検出用電極を備えるダイアフラムと、
前記凹部の底面と側面とが交わる隅が面取りされて形成された面取り部と、
を具備することを特徴とする圧力検出器。
【請求項２】
前記面取り部は、前記隅のＲ面取り若しくはＣ面取りによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧力検出器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の圧力検出器を製造するための製造方法であって、
先端部の角を面取りした凸部を有する加圧部材を用いて、未焼成の前記基板上の前記第１の圧力検出用電極の配置領域を含むその周辺領域を押し潰すことにより、前記面取り部を持つ前記凹部を当該基板上に形成する工程を有することを特徴とする圧力検出器の製造方法。
【請求項４】
前記加圧部材が有する前記凸部の前記先端部には、この先端部の角をＲ面取りして形成されたＲ面取り部、若しくは前記角をＣ面取りして形成されたＣ面取り部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の圧力検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗体を設けたダイアフラムの変形に対応する抵抗値の変化に基づいて、圧力の検出を行う抵抗変化型の圧力検出器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、この他、所定のギャップを挟んで各々対向する一方の電極とダイアフラム上の他方の電極との間の静電容量の変化に基づいて、圧力を検出する静電容量型の圧力検出器なども知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
ここで、後者の静電容量型の圧力検出器における従来の製造方法について図６ａ〜図６ｃに基づき説明する。
図６ａに示すように、例えばグリーンシート６５上において層間接続部（ビア）６１を介して端子部６６と接続された一方の圧力検出用電極５８を備える未焼成の基板（基材）９７に対し、この圧力検出用電極５８を含むその周辺部分を加圧して平坦化するとともに、この平坦化された部位の上に前記グリーンシート６５の焼成温度以下で昇華する昇華材７４を印刷する。
【０００４】
一方、同図６ａに示すように、例えば厚さが２５μｍ程度のグリーンシート９１上において層間接続部（ビア）９２を介して接続される端子部９３側に、シートの亀裂発生防止用の保護テープ９４が貼り付けられ、かつ上記のギャップに対応する矩形状の貫通穴９６を有するシート状部材９０を用意し、このシート状部材９０を基板９７側に重ね合わせる。
【０００５】
次に、図６ｂに示すように、シート状部材９０から保護テープ９４を剥がした後、他方の圧力検出用電極５９が印刷されたグリーンシート６２を、基板９７の上部のシート状部材９０上に位置合せしつつ、それぞれを加圧部材７５、７２を用いて圧着する。
【０００６】
次いで、図６ｃに示すように、互いに圧着された積層体に対しグリーンシートの焼成温度よりも比較的低温の熱処理で昇華材７４を昇華させた後、さらに、各層のグリーンシート６５、６２、９１を焼結させたセラミック層９７、９８、９９を形成するための焼成処理を行う。これにより、ギャップ９５を挟んで各々対向する一方の圧力検出用電極５８とダイアフラム５２が備える他方の圧力検出用電極５９との間の静電容量の変化を検出する静電容量型の圧力検出器（センサ部５３）が製造される。
【特許文献１】特開昭６３−２９２０３２号公報
【特許文献２】特開昭５７−４５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の圧力検出器の製造方法では、次のような課題を抱えている。
すなわち、従来の製法では、電極間に形成されるギャップの量が、基板９７上に積層されるグリーンシート９１の厚さによって設定されることになるため、このシート９１を薄く形成してギャップを狭めることにおのずと限界がある。これにより、ギャップをより狭まく設定して静電容量の変化量を大きくする、ひいては圧力の検出感度を高めることなどが困難である。さらに、そのシート９１自体の厚さの精度に起因してギャップの量が直接的に影響を受けることになるため、この点においても、前記同様、圧力の検出精度の向上が難しいという課題を残している。
【０００８】
また、ギャップ形成のためのこのシート９１は、中央部に貫通孔を備え、しかも上述したように厚さが２５μｍ程度の薄い部品となるため、基板側に組み込む際のハンドリングなど、取り扱いが難しく、積層時の基板側との間での位置ずれなどが懸念される。
【０００９】
さらに、従来の製法は、上記したように基材となるグリーンシート６５、ギャップ形成用のグリーンシート９１、及びダイアフラム５２を形成するためのグリーンシート６２、といった三つのシートを順次積層して行く製法であるため、必然的に部品点数や製造工程が多くなり、その改善が求められている。
【００１０】
そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、製造が容易で、しかも圧力の検出精度を高めることができる圧力検出器及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧力検出器は、外形部分を押し潰して形成された凹部を有する基板と、前記基板上の前記凹部の底面に配置された第１の圧力検出用電極と、前記凹部の底面の前記第１の圧力検出用電極と対向して配置された第２の圧力検出用電極を備えるダイアフラムと、前記凹部の底面と側面とが交わる隅が面取りされて形成された面取り部と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
この発明では、第１及び第２の圧力検出用電極の間に形成されるギャップの量を、基板上の外形部分を押し潰す量により設定できるので、ギャップをより狭まく形成して圧力の検出感度を高めることが可能となる。また、この発明では、基板上の外形部分を押し潰す加工を行うだけで、加工部分の平坦化とともに圧力検出のためのギャップを形成できるので、部品点数や製造工程の削減を図ることができる。
【００１３】
また、この発明では、ギャップを構成するための凹部に関して、その凹部の底面と側面とが交わる隅が例えばＲ面取り若しくはＣ面取りされた面取り部を備えることで、エッジ形状などと異なり、凹部の底面と側面との交点部分における応力の集中が緩和され、これにより、交点部分にクラックが発生することなどが防止される。詳細には、面取り部を持つ凹部を備える例えばセラミック基板の焼成工程などにおいて、この焼成時における凹部の底面と側面との交点部分に対しての応力の集中が緩和され、これによりクラックの発生が抑制される。
【００１４】
さらに、本発明の圧力検出器の製造方法は、前述した発明の圧力検出器を製造するための製造方法であって、先端部の角を面取りした凸部を有する加圧部材を用いて、未焼成の前記基板上の前記第１の圧力検出用電極の配置領域を含むその周辺領域を押し潰すことにより、前記面取り部を持つ前記凹部を当該基板上に形成する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
この発明では、加圧部材が有する凸部の加工精度を向上させることで、第１及び第２の圧力検出用電極の間に形成されるギャップの量を高精度に設定することができ、これにより、圧力の検出精度の向上を図ることが可能となる。また、この発明では、上記した凸部の先端部の角が例えばＲ面取り若しくはＣ面取り取りされた加圧部材を適用していることで、面取り部を持つ凹部が基板上に形成され、これにより、前記同様、凹部の底面と側面との交点部分にクラックが発生することなどが防止される。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、製造が容易で、しかも圧力の検出精度を高めることが可能な圧力検出器及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧力検出器の構造を示す断面図、図２は、図１の圧力検出器が備えるギャップ部の構造を詳細に示す図である。
図１、図２に示すように、この実施形態の圧力検出器１は、圧力を感知するダイアフラム２を有するセンサ部３と、機器類のメイン基板（マザーボードなど）側に取り付けられるパッケージ部５とから主に構成される分離構造型の圧力センサである。
【００１８】
センサ部３は、焼成前において、外形部分を押し潰して形成された凹部７を有する例えば厚さ０．５ｍｍのセラミック製の基板１５と、この基板１５の凹部７の底面７ｃに形成された上記の第１の圧力検出用（静電容量検出用）電極８と、凹部７（ギャップ３７）の底面７ｃの第１の圧力検出用電極８と対向して配置された第２の圧力検出用電極９を備える上記した例えば厚さ４０μｍのダイアフラム２と、凹部７の底面７ｃと側面７ｂとが交わる隅の面取りを行って形成された面取り部７ａとを備える。また、この実施形態の圧力検出器１は、層間接続部（ビア）１１を介して端子部１０及び後述する第１の圧力検出用電極８に接続されたセンサ部３側の端子部１６と、パッケージ部５側の端子部１７とが、錫−アンチモン合金半田からなる接合材１８を介して互いに接合されている。また、接合材１８には、銀エポキシなどの導電性樹脂、鉛−錫合金半田、錫−銀−銅合金半田、Ａｇ−Ｃｕ合金からなるロー材、金−錫合金からなるロー材、又は金−ゲルマニュウム合金からなるロー材を適用してもよい。
【００１９】
つまり、本実施形態の圧力検出器１は、基板１５とダイアフラム２との間に密閉空間として形成されたギャップ３７（凹部７）を挟んで各々対向する第１の圧力検出用電極８と、圧力が加わった場合に弾性変形するダイアフラム２上の第２の圧力検出用電極９と、の間の静電容量の変化に基づいて、圧力を検出する静電容量型の圧力検出器である。
【００２０】
また、このような圧力検出器１が備える上記基板１５及びダイアフラム２を構成する絶縁層は、いわゆるアルミナグリーンシート３２、３４を焼成したセラミック層１２、１４によりそれぞれ形成されている。ここで、上記のセラミック層１２、１４の構成材料としては、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナなどの無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックなどを用いることも可能である。また、パッケージ部５の本体部分もアルミナより構成されるセラミック材料により形成されている。このパッケージ部５の本体部分の構成材料としては、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナなどの無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミック、有機樹脂などを適用することも可能である。
【００２１】
また、上記した第１及び第２の圧力検出用電極８、９は、タングステン、モリブデンとの合金で構成されている。また、本実施形態の圧力検出器１では、ダイアフラム２が過度に変形した場合に、第１及び第２の圧力検出用電極８、９どうしが接触して短絡してしまうことを防止するために、電気絶縁性を有する材料であるアルミナセラミックで構成されるショート防止膜２０が第１の圧力検出用電極８の上部に被覆されている。なお、第１及び第２の圧力検出用電極８、９は、銅、銀、ニッケルやこれらの合金で構成されていてもよい。また、シート防止膜２０は、上記したアルミナグリーンシート３２、３４の焼成温度に耐え得る電気絶縁性材料であれば、アルミナセラミック以外の材料を用いて構成することが可能である。
【００２２】
ここで、ギャップ（間隙）３７を構成する基板１５上の凹部７に設けられた面取り部７ａについて説明する。
図１及び図２に示すように、この面取り部７ａは、凹部７の底面７ｃと側面７ｂとが交わる隅に対し例えば５０μｍ以上のＲ面取りを行った形状、つまり、凹部７の底面７ｃと側面７ｂとが交わる交点部分が肉盛りされたかたちで形成されている。これにより、グリーンシート３２、３４の焼成工程において、従来技術のようなエッジ形状などと異なり、焼成時における上記交点部分に対しての応力の集中が緩和され、凹部７（ギャップ３７）の内壁部分、特に凹部７の底面７ｃと側面７ｂとが交わる隅にクラックが発生してしまうことが防止される。
【００２３】
また、面取り部７ａは、図３に示すように、凹部７の底面７ｃと側面７ｂとが交わる隅がＣ面取りされた面取り部７ｄを形成してもよいし、さらには、この隅において、Ｃ面を多段にわたって設けた面取り部を形成した場合でも、Ｒ面取りを行った場合と同様に、応力の集中を緩和させる効果を得ることができる。
【００２４】
次に、このように構成された本実施形態の圧力検出器１の製造方法について、上記した図１〜図３に加え、図４ａ〜図４ｈに基づき説明する。
図４ａに示すように、厚さ０．５ｍｍのグリーンシート３４に対し、穿孔、タングステン、モリブデンとの合金からなる導電材料による孔埋め、導電ペーストの印刷を行って、このグリーンシート３４上において層間接続部（ビア）１１を介して端子部１６と層間接続された端子部１０及び第１の圧力検出用電極８を備える未焼成の基板（基板１５の母材となる基材）３５を作製した。さらに、この基板３５上の第１の圧力検出用電極８の表面をアルミナセラミックで構成されるアルミナペーストを印刷してショート防止膜２０で被覆した。
【００２５】
続いて、図４ｂに示すように、先端部の角を面取りした凸部２１ｂを有する金属製の加圧部材２１と、平板状に形成され、かつこの加圧部材２１と対の金属製の加圧部材２２とを用意し、これら加圧部材２１、２２によってプレス加工が可能な位置に、基板３５をセットした。また、この加圧部材２１が有する凸部２１ｂの先端部には、その先端部の角を例えば５０μｍ以上Ｒ面取りしたＲ面取り部２１ａが形成されている。また一方で、加圧部材２１が有する凸部２１ｂの加工精度を向上させることで、図１に示した第１及び第２の圧力検出用電極８、９の間に形成されるギャップ３７の量を高精度に設定することができ、これにより、圧力検出器１による圧力の検出精度を高めることが可能となる。ここで、加圧部材２１、２２の構成材料としては、セラミック、樹脂材料などでもよい。また、加圧部材２１が有する凸部２１ｂの先端部に対し、この先端部の角をＣ面取りしたＣ面取り部を形成しておくことで、図３に示した隅がＣ面取りされた形状の面取り部７ｄを凹部７に形成することが可能となる。
【００２６】
次いで、図４ｃに示すように、加圧部材２１、２２を用いた加熱加圧プレスによって、実際に、未焼成の基板（基材）３５上の第１の圧力検出用電極８の配置領域を含むその周辺領域を押し潰すことで、図２に示した隅がＲ面取りされた形状の面取り部７ａを持つ凹部７を基板（基材）３５上に形成した。この場合のプレス条件としては、加熱温度を１０℃〜７０℃とし、プレス圧を３０ｋｇ／ｃｍ2〜１００ｋｇ／ｃｍ2とし、さらにプレス時間を１０ｓｅｃ〜１８０ｓｅｃに設定した。また、基板３５の外形部分の押し潰し量は、例えば２０μｍ〜５０μｍ程度とした。なお、上記加圧温度、プレス圧、プレス時間は、基板３５の外形部分の押し潰し量や、基板材料の種類によって適宜変更される。
【００２７】
この後、図４ｄに示すように、所定の加熱温度（約２５０℃）で昇華するテオブロミン昇華材２４を印刷によって、基板３５上に形成された凹部７内に充填（印刷）した。
【００２８】
さらに、図４ｅに示すように、基板３５上の凹部７内に充填された昇華材２４（及びショート防止膜２０）を挟んで第１の圧力検出用電極８と第２の圧力検出用電極９とが対向して配置されるように、第２の圧力検出用電極９が印刷によって形成された３ｍｍ角で厚さ４０μｍのグリーンシート３２を上記基板３５上に積層した後、図４ｆに示すように、これらを加圧部材２５、２２を用いて圧着した。
【００２９】
次に、図４ｇに示すように、第２の圧力検出用電極９を備えるグリーンシート３２を積層した未焼成の基板（焼結後センサ部となる積層体）３に対し、昇華材２４を昇華させるため加熱温度２５０℃で加熱処理を行った。次いで、加熱温度を１６００℃〜１８００℃程度に設定して、還元雰囲気中で焼成し、セラミック層１２、１４を形成するとともに各層を一体化した。
【００３０】
さらに、図４ｈに示すように、このような焼成処理を経て作製されたダイアフラム２を備えるセンサ部３と、別途作製しておいたパッケージ部５とを半田付けによって互いの端子部１６、１７どうしを接合することで、図１に示した静電容量型の圧力検出器１を得ることができた。
【００３１】
既述したように、本実施形態の圧力検出器１及びその製造方法によれば、第１及び第２の圧力検出用電極８、９どうしの間に形成されるギャップの量を、未焼成の基板３５上の外形部分を押し潰す量により設定できるので、ギャップをより狭まく形成（例えば２５μｍ未満になるように形成）して圧力の検出精度を高めることができた。さらに、本実施形態の圧力検出器の製造方法によれば、未焼成の基板３５の外形部分を押し潰す加工を行うだけで、圧力検出用のギャップ３７（凹部７）の形成と、第１の圧力検出用電極８及びその周辺部の平坦化処理（フラッタニング処理）とを同時に行うことができるので、製造工程及び部品点数を削減することができ、これにより、圧力検出器の製造の簡略化を図ることができた。
【００３２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図５ａ及び図５ｂに基づき説明する。なお、図５ａ及び図５ｂにおいて、第１の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与してその説明を省略する。
この実施形態に係る圧力検出装置は、図４ａ〜図４ｈに示した第１の実施形態の圧力検出器１の各製造工程のうちの、図４ｅ及び図４ｆに示した未焼成の基板３５と、第２の圧力検出用電極９が積層されたグリーンシート１２とを位置合せしつつ互いを圧着する製造工程に代えて、図５ａ及び図５ｂに示す製造工程が適用される。
【００３３】
すなわち、図５ａに示すように、昇華材２４が凹部７内に充填された未焼成の基板３５上に、例えばタングステンとモリブデン合金からなる導電性ペースト４９をスクリーン印刷法により印刷（メタライズ印刷）した。さらに、図５ｂに示すように、未焼成の基板３５の表面に印刷された導電性ペースト４９の上に、さらに、第１の実施形態のグリーンシート３２、３４と同質の材料であるアルミナセラミック粉末に有機系バインダを添加して得られた絶縁性セラミックペースト４２を、スクリーン印刷法を用いて２０μｍの厚さで印刷した。
【００３４】
この後、第１の実施形態とほぼ同様に、昇華材２４を昇華させる樹脂抜きのための加熱処理と、導電性ペースト４９及び絶縁性セラミックペースト４２を焼結するための焼成処理とを行うことで、パッケージ部５と接合される圧力検出器を作製することができた。
【００３５】
したがって、本実施形態に係る圧力検出器の製造方法によれば、ペースト印刷を利用してダイアフラムが得られるので、グリーンシートを積層する製法などと比べてダイアフラムを薄く形成することができ、これにより、圧力（静電容量）の検出感度のさらなる向上を図ることができた。
【００３６】
以上、本発明を各実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した実施形態では、ダイアフラムを有するセンサ部と機器類のメイン基板側に取り付けられるパッケージ部とを個別に作製して、最終的にそれぞれをロー付けや半田付けなどにより接合する分離構造型の圧力検出器について説明したが、これに代えて、ロー付けや半田付けなどが不要となるように、センサ部分とパッケージ部分とが製造過程の初期段階で予め一体化されている一体構造型の圧力検出器などに対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧力検出器の構造を示す断面図。
【図２】図１の圧力検出器が備えるギャップの構造を詳細に示す図。
【図３】図２に示すギャップと構造の異なる他の構造のギャップを詳細に示す図。
【図４ａ】本発明の第１の実施形態に係る圧力検出器の製造方法において、未焼成の基板上に導電性ペーストを印刷した状態を示す断面図。
【図４ｂ】一対の加圧部材によってプレス加工が可能な位置に未焼成の基板がセットされた状態を示す断面図。
【図４ｃ】一対の加圧部材によって未焼成の基板に凹部を形成するための加熱加圧プレスを行っている状態を示す断面図。
【図４ｄ】未焼成の基板上の凹部内に昇華材が充填された状態を示す断面図。
【図４ｅ】凹部内に昇華材が充填された未焼成の基板と、第２の圧力検出用電極が積層されたグリーンシートとが位置合せされた状態を示す断面図。
【図４ｆ】互いに位置合せされた未焼成の基板と、第２の圧力検出用電極が積層されたグリーンシートとが加圧部材を用いて圧着されている状態を示す断面図。
【図４ｇ】未焼成の基板における昇華材の昇華のための加熱処理、及び焼成処理の説明に用いる断面図。
【図４ｈ】焼成処理を経て作製されたセンサ部と、別途作製しておいたパッケージ部５とが接合される直前の状態を示す断面図。
【図５ａ】本発明の第２の実施形態に係る圧力検出器の製造方法において、未焼成の基板上に導電性ペーストを印刷した状態を示す断面図。
【図５ｂ】図５ａに示す基板上の導電性ペーストの上に、さらに絶縁性セラミックペーストを印刷した状態を示す断面図。
【図６ａ】従来の圧力検出器の製造方法において、矩形状の貫通穴を有するシート状部材を基材側に貼り付ける直前の状態を示す断面図。
【図６ｂ】シート状部材を重ね合わせた基材と、他方の圧力検出用電極が積層されたグリーンシートとを加圧部材を用いて圧着する直前の状態を示す断面図。
【図６ｃ】焼成処理後に得られた圧力検出器のセンサ部を示す断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１…圧力検出器、２…ダイアフラム、３…センサ部、５…パッケージ部、７…凹部、７ａ，７ｄ…面取り部、７ｂ…凹部の側面、７ｃ…凹部の底面、８…第１の圧力検出用電極、９…第２の圧力検出用電極、１２，１４…セラミック層、１５…焼成後の基板、２１，２２，２５…加圧部材、２１ａ…加圧部材のＲ面取り部、２１ｂ…加圧部材の凸部、２４…昇華材，３２，３４…グリーンシート、３５…未焼成の基板（基材）、３７…ギャップ、４２…絶縁性セラミックペースト、４９…導電性ペースト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図４ｈ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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