(57)【要約】【課題】  電極同士のリークを生じるような誘電体膜の剥離を防止して安定して動作し得る容量変化型圧力センサを提供すること。【解決手段】  誘電体材料でなる基体３２と、該基体に重ねて固定されており、受ける圧力に応じて変形するように厚みを薄くして形成した検出体４１と、該検出体４１の変形面４２と、前記基体とが互いに対向する対向面の前記基体側に形成された第１の電極４４と、前記第１の電極と所定の間隔を置いて前記対向面の前記変形面側に形成した第２の電極４６と、前記第１の電極と第２の電極の間に介在されるようにして、前記第１の電極の表面側に形成された誘電体膜２２とを含んでおり、前記第１の電極と前記誘電体膜との間に接着補助層２１を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体材料でなる基体と、
該基体に重ねて固定されており、受ける圧力に応じて変形するように厚みを薄くして形
成した検出体と、
該検出体の変形面と、前記基体とが互いに対向する対向面の前記基体側に形成された第
１の電極と、
前記第１の電極と所定の間隔を置いて前記対向面の前記変形面側に形成した第２の電極
と、
前記第１の電極と第２の電極の間に介在されるようにして、前記第１の電極の表面側に
形成された誘電体膜と
を含んでおり、
前記第１の電極と前記誘電体膜との間に接着補助層を設けたことを特徴とする容量変化
型圧力センサ。
【請求項２】
前記接着補助層が、クロム（Ｃｒ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ）のいずれかの
金属層もしくは各金属の合金層により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
容量変化型圧力センサ。
【請求項３】
前記接着補助層が、前記第１の電極より大きく形成されていることを特徴とする請求項
１または２のいずれかに記載の容量変化型圧力センサ。
【請求項４】
前記基体と前記第１の電極との間に下地層を形成したことを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載の容量変化型圧力センサ。
【請求項５】
前記第１の電極をアルミニウム（Ａｌ）もしくはその合金とすることにより、前記下地
層を省除したことを特徴とする請求項４に記載の容量変化型圧力センサ。
【請求項６】
前記接着補助層の厚みを数１０ないし５００オングストローム（Å）としたことを特徴
とする請求項１ないし５のいずれかに記載の容量変化型圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受ける圧力に応じて変形するように厚みを薄くして形成した検出体（ダイヤ
フラム）を有する容量変化型圧力センサの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
血圧計などの医療機器や、自動車のタイヤ空気圧モニタリングシステムなどの工業用の
計器として多用されている容量変化型圧力センサは、他の方式、すなわちピエゾ抵抗型圧
力センサなどと比較すると、微圧の測定においても高い感度を有し、測定時の消費電力が
小さい等といった多くの利点を有している。
このような容量変化型圧力センサは、一方の電極が形成され、圧力に応じて変形するダ
イヤフラムと、他方の電極が形成された基体とをある程度の隙間をあけて誘電体膜を介在
させるように対向させた構造を有している。そして、変形によるダイヤフラム側と基体側
との間の静電容量の変化から圧力を検出するものである。
【０００３】
具体的には、従来の容量変化型圧力センサ（タッチ式圧力センサ）（以下、「圧力セン
サ」という）は、図４に示すように構成されている（特許文献１、図１参照）。
図４（ａ）は圧力センサの概略断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である
。
図示の圧力センサは、収容体であるパッケージ２に収容されている。
パッケージ２は、基体４と、その上に一体に設けた枠状の側壁部５からなる箱状の形態
であり、内側に検出体１０を収容して、蓋体６により封止されている。ここで、基体４は
ガラス、セラミック板、硬質プラスチック、シリコンウエハなどを用いることができる。
【０００４】
基体４の表面には下部電極７が形成されており、その上には絶縁膜としての誘電体膜８
が形成され、その上に検出体１０が接合されている。
検出体１０は、シリコンや水晶などでなる板体であり、中央部には円形の薄肉にしたダ
イヤフラム部１２と、その周囲を囲むように板厚を厚くした枠部１１を有している。そし
て、ダイヤフラム部１２の下面には上部電極１３が形成されており、該上部電極１３と誘
電体膜８の間には隙間もしくは気密空間Ｓが形成されている。
上部電極１３と、下部電極７とは図４（ｂ）に示すように、パッケージ２外部へ引き回
すように引出し電極１３ａ，７ａが設けられている。
【０００５】
圧力センサ１は以上のように構成されており、引出し電極１３ａ，７ａを介して通電さ
れることにより、気密空間Ｓおよび誘電体膜８を介して対向されている上部電極１３と下
部電極７との間の容量値変化に基づいて、ダイヤフラム部１２に加えられた圧力を検出す
ることができる。
すなわち、図４に示すように、ダイヤフラム部１２に圧力が加わると、ダイヤフラム部
１２は、下方に凸となるように変形する。そして、ダイヤフラム部１２の下面に形成され
ている上部電極１３が誘電体膜８に押し付けられて接触する。
【０００６】
この構造では、加えられる圧力が大きいと、上部電極１３と誘電体膜８との接触面積が
大きくなり、加えられる圧力がそれより小さいと、接触面積は小さくなる。そして、接触
面積が大きい方が静電容量は大きくなることから、圧力の作用した際の静電容量値を計測
することで、当該圧力の大きさを計測することができるものである。
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ  ２００５／００３７１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の圧力センサ１においては、以下のような不都合がある。
図４（ａ）において、例えば、金Ａｕなどで形成した下部電極７の表面側に絶縁膜として
の誘電体膜８がＳｉＯ２により形成されているが、高温条件下や、高湿度条件下において
、このきわめて薄い誘電体膜８が下部電極７から剥離してしまう場合がある。
このため、ダイヤフラム部１２に圧力が加わり、ダイヤフラム部１２は、下方に凸とな
るように変形すると、下部電極７の誘電体膜８の剥離箇所が上部電極１３と接触し、リー
クするおそれがあり、センサとして動作しなくなってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、電極同士のリークを生じるよ
うな誘電体膜の剥離を防止して安定して動作し得る容量変化型圧力センサを提供すること
を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記第１の目的は、第１の発明にあっては、誘電体材料でなる基体と、該基体に重ねて
固定されており、受ける圧力に応じて変形するように厚みを薄くして形成した検出体と、
該検出体の変形面と、前記基体とが互いに対向する対向面の前記基体側に形成された第１
の電極と、前記第１の電極と所定の間隔を置いて前記対向面の前記変形面側に形成した第
２の電極と、前記第１の電極と第２の電極の間に介在されるようにして、前記第１の電極
の表面側に形成された誘電体膜とを含んでおり、前記第１の電極と前記誘電体膜との間に
接着補助層を設けた容量変化型圧力センサにより、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、前記基体の表面に形成された第１の電極と前記誘電体膜と
の間、すなわち、第１の電極の表面には、接着補助層が形成されている。これにより、前
記第１の電極と前記誘電体膜との接着強度が高められており、そのため、例えば、高温度
下、高湿度下などの環境変化や、外部からの衝撃などにより、第１の電極を覆う前記誘電
体膜が容易に剥離しないようにされている。
これにより、電極同士のリークを生じるような誘電体膜の剥離を防止して安定して動作
し得る容量変化型圧力センサを提供することができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記接着補助層が、クロム（Ｃｒ），ニッ
ケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ）のいずれかの金属層もしくは各金属の合金層により形成さ
れていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、クロム（Ｃｒ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ）のい
ずれかの金属層もしくは各金属の合金は、誘電体材料である例えば水晶による基体に対し
て付着しやすく、ＳｉＯ２などの誘電体膜を強固に接着できる。
【００１３】
第３の発明は、第１または２のいずれかの発明の構成において、前記接着補助層が、前
記第１の電極より大きく形成されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、前記接着補助層が前記第１の電極を完全に覆うことができ
るので、該第１の電極の剥離、損傷などを確実に防止することができる。
【００１４】
第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明の構成において、前記基体と前記第１の
電極との間に下地層を形成したことを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記第１の電極を電気抵抗がきわめて低く効率の良い「金
」などで形成した場合には、前記下地層を形成することで、該第１の電極を形成する金属
層を付着させやすく、場合によりメッキなどにより形成することも可能となり、剥離も防
止できるので好ましい。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明の構成において、前記第１の電極をアルミニウム（Ａｌ）も
しくはその合金とすることにより、前記下地層を省除したことを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、アルミニウムによる電極を形成する場合には、前記下地層
を用いなくても、例えば、水晶による基体に対して、蒸着またはスパッタリングなどによ
り形成することができる。
【００１６】
第６の発明は、第１ないし５のいずれかの発明の構成において、前記接着補助層の厚み
を数１０ないし５００オングストローム（Å）としたことを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、前記接着補助層が数１０オングストローム未満の場合には
、接着力が低下するという弊害がある。また、５００オングストロームを超えると前記接
着補助層が電極として機能するため、電極面積が変化してしまうという弊害がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る容量変化型圧力センサの概略断面図である。
図において、容量変化型圧力センサ（以下、「圧力センサ」という）３０は、比較的厚
みのある板状の基体３２の上に検出体４１を接合した構造である。
ない中空の収容容器としてのパッケージ等に気密に収容するようにしてもよい。
また、図２は検出体４１を示す図であり、図２（ａ）は概略平面図、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図、図２（ｃ）は概略底面図、図３は基体３２を示す図であり
、図３（ａ）は概略平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線概略断面図、図３（ｃ）
は基体３２の底面図である。
これらの図を適宜参照しながら、圧力センサ３０の構成を説明する。
【００１８】
基体３２は、誘電体材料でなり、例えば、ガラス、セラミック板、硬質プラスチック、
シリコンなどにより形成することができ、ガラスやシリコンを用いる場合、それらのウエ
ハを加工する工程から作ることができる。
あるいは、基体３２をセラミックで形成する場合には、例えば、酸化アルミニウム質の
セラミックグリーンシートを成形して、図示の形状とすることができる。基体３２の厚み
寸法は例えば２００μｍ程度である。
検出体４１は、好ましくはウエハ材料での加工が可能なものが選択され、例えば、シリ
コンや水晶材料から形成することができる。
【００１９】
この実施形態では、検出体４１は、例えば水晶から形成されており、図２から理解され
るように、全体として正方形もしくは矩形の水晶板を加工して得られる。
具体的には、検出体４１は、厚みすべり振動モードもしくは厚み縦振動モードを有する
ＡＴカット水晶板でなる水晶ウエハを用いて、該水晶板のほぼ中央部分を、図２に示すよ
うに、矩形に薄板に形成する。つまり、例えば該水晶板の表面と裏面から、それぞれ中央
領域について、矩形にハーフエッチングし、図２に示す変形領域４２を形成する。この変
形領域４２の下面が変形面４９である。変形領域４２は、後述するように圧力を受けて変
形する領域である。
【００２０】
また、これと同時に変形領域４２に近接したその側方に貫通孔４５を穿設する。貫通孔
４５は変形領域４２のハーフエッチングと同時に表裏からそれぞれエッチングし、変形領
域の完成後に、該貫通孔４５の箇所だけエッチングを続行するようにして形成することが
できる。なお、この場合のエッチングは、例えばフッ酸溶液によるウエットエッチングが
利用できる。また、表面のエッチング量（深さ）は例えば８４μｍ程度、裏面のエッチン
グ量（深さ）は例えば６μｍ程度とすることができる。
そして、検出体４１は、図１に符号Ｓ１で示す気密空間を形成するように、例えば大気
圧中で、基体３２に接合される。この接合は、基体３２の材料と、検出体４１の材料とが
それぞれウエハの状態において、行われるようにしてもよい。検出体４１の厚みは例えば
、１００μｍ程度である。
【００２１】
この実施形態では、例えば、図３に示されているように、検出体４１の変形面４９の対
向面である基体３２の上面には、第１の電極４４が形成されている。そして、図２に示す
ように、変形面４９に第２の電極４６が形成されている。
図１および図２に示すように、第１の電極４４は、基体３２の上面に設けた下地層４８
の上に形成されている。第１の電極４４の膜厚は、例えば１５００オングストローム程度
である。第２の電極４６の膜厚は、例えば２０００オングストローム程度である。
すなわち、例えば基体３２が水晶で、第１の電極４４を例えば金（Ａｕ）により形成す
る場合には、基体３２の表面に下地層４８を形成することが好ましく、これにより、基体
３２に対する金の付着を良くし、あるいはメッキにより金を成膜することも可能となる。
また、第１の電極４４がアルミニウム（Ａｌ）もしくはその合金である場合には、基体
３２の表面に直接、スパッタリングや蒸着などにより該第１の電極４４を成膜できるので
、下地層４８は不要である。
【００２２】
電極の構成についてさらに説明する。
図２（ｃ）に示すように、検出体４１の裏面５１の外周に沿ってその縁部には、導電部
３７が形成されている。この導電部３７は基体３２と検出体４１を接合する役割を果たす
と同時に、図１に示すように、固定電極である第１の電極４４から一体に延びる引出し電
極４４ａと接続されて、第１の電極４４と電気的に接続されている。なお、図２（ａ）で
は図示していないが、導電部３７は検出体４１の表面５２側に引き回されて駆動電圧を供
給するためのボンディングワイヤＷ２が接続されている。
【００２３】
図１および図２（ｃ）に示すように、貫通孔４５には導電材料が充填されるなどして、
導電スルーホールとされており、可動電極である第２の電極４６から延びる引出し電極４
６ａと接続され、さらに該導電材料により、図２（ａ）に示すように貫通孔４５の表面側
の孔周辺に形成した電極パッド４６ｂと接続されている。この電極パット４６ｂには駆動
用の電圧を供給するためのボンディングワイヤＷ１が接続されている。
さらに検出体４１の対向する端縁には、図２（ａ）や図２（ｃ）に示すように、電極パ
ッド４８ａ，４６ｂが形成されており、これら電極パッド４８ａ，４６ｂは、検出体４１
の変形による容量変化を検出できる実装端子として利用できるようになっている。
【００２４】
さらに、図１および図３を参照して理解されるように、第１の電極４４と、その表面側
に形成される誘電体膜２２との間には、接着補助層２１が形成されている。
この誘電体膜２２は、第１の電極４４と第２の電極４６同士の短絡を防止するために設
けられる絶縁膜であり、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等により形成することがきる
。
好ましくは、この場合、誘電体膜の膜厚は５０００オングストローム以下であり、これを
１０００オングストローム未満とすることにより、膜の引っ張り応力が制限され、膜の引
っ張り応力による悪影響が抑制される。
【００２５】
また、接着補助層２１は、例えば、クロム（Ｃｒ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ
）のいずれかの金属層もしくは各金属の合金層により形成することができる。これらの金
属は、基体３２の表面に、例えば、蒸着やスパッタリングなどの手法により成膜すること
ができる。そして、これらクロム（Ｃｒ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ）のいずれ
かの金属層もしくは各金属の合金は、誘電体材料である例えば水晶による基体に対して付
着しやすく、ＳｉＯ２などの誘電体膜２２を強固に接着できる。
【００２６】
ここで、図１および図３（ｂ）に示すように、接着補助層２１は、第１の電極４４より
大きく形成されている。このため、該接着補助層２１は第１の電極４４を完全に覆うこと
ができるので、該第１の電極４４の剥離、損傷などを確実に防止することができる。
特に、図３（ａ）に示すように、第１の電極４４の外縁から幅寸法ＤＷが５０〜１００
μｍ程度となるように接着補助層２１を第１の電極４４よりも大きく形成することが好ま
しい。これにより、接着補助層２１の保護作用を確実に発揮させることができる。
【００２７】
さらに、接着補助層２１の厚みを数１０ないし２００オングストローム（Å）とするこ
とが好ましい。
すなわち、前記接着補助層が数１０オングストローム未満の場合には、接着力が低下す
るという弊害がある。
また、５００オングストロームを超えると前記接着補助層が電極として機能するため、
電極面積が変化してしまうという弊害がある。この実施形態では１００オングストローム
程度である。
【００２８】
本実施形態の圧力センサ３０は以上のように構成されており、以下のように動作するこ
とができる。
圧力センサ３０を例えば大気中に配置する。この状態では、気密空間Ｓ１の気圧は大気
圧なので外部の気圧とつり合っており、検出体４１の変形領域４２は変形しない。
ここで、圧力変化がある場合には、その圧力変化を変形領域４２が受けると、第１の電
極４４と第２の電極４６間の容量値が変化し、該容量変化に基づいて、その圧力を検出す
ることができる。
【００２９】
すなわち、変形領域４２が受ける圧力に応じて、該変形領域４２が下方に凸となるよう
に変形し、変形面４９が基体３２の上面に接触すると、接触面積に応じて、第１の電極４
４と第２の電極４６の間に絶縁体としての基体３２が介在されて、その面積分だけ第１の
電極４４と第２の電極４６の対向面積が増大する。そして、第１の電極４４と第２の電極
４６の対向面積が増大すると、容量値Ｃが増大する。
この容量値変化を検出することにより、変形領域４２に加えられた圧力を検出すること
ができるものである。
【００３０】
そして、本実施形態では、基体３２の表面に形成された第１の電極４４と誘電体膜２２
との間、すなわち、第１の電極４４の表面には、接着補助層２１が形成されている。これ
により、第１の電極４４と誘電体膜２２との接着強度が高められており、そのため、例え
ば、高温度下、高湿度下などの環境変化や、外部からの衝撃などにより、第１の電極４４
を覆う誘電体膜２２が容易に剥離しないようにされている。
このため、電極同士のリークを生じるような誘電体膜２２の剥離を防止して安定して動
作し得る容量変化型圧力センサ３０を提供することができる。
【００３１】
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や変形例の各構成はこれらを適宜組
み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
上述の実施形態では、検出体４１は矩形のものとして説明されているが、正方形でも円
形などでもよい。また、その変形面４９を矩形のものとして説明しているが、これを円形
や正方形としてもよい。
基体３２を構成する基板は、単層のものとして説明されているが、複数層設けてもよい
。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の容量変化型圧力センサの実施形態の概略断面図。
【図２】図１の圧力センサの検出体の図。
【図３】図１の圧力センサの基体の図。
【図４】従来の容量変化型圧力センサを示す概略断面図。
【符号の説明】
【００３３】
２１・・・接着補助層、２２・・・誘電体膜、３０・・・（容量変化型）圧力センサ、
３２・・・基体、４１・・・検出体、４２・・・変形領域、４４・・・第１の電極、４６
・・・第２の電極
【図１】
2007278716.tif 000003
【図２】
2007278716.tif 000004
【図３】
2007278716.tif 000005
【図４】
2007278716.tif 000006