| 【発明の名称】 |
圧力センサ |
| 【発明者】 |
【氏名】鈴木 秀夫
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| 【要約】 |
【課題】周囲温度が変化した場合にも、出力変動が小さい静電容量型圧力センサを提供。
【解決手段】第１のダイアフラム９１を介して被測定圧を被測定圧室９３に伝達する。第２のダイアフラム９２介して外気圧を基準圧室９４に伝達する。センサチップ３０は、基準圧室の圧力に基いて被測定圧室の圧力を静電容量に変換する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１のダイアフラムを介して被測定圧を伝達される被測定圧室と、基準圧に基いて前記被測定圧室の圧力を静電容量に変換するセンサチップとを含む圧力センサにおいて、前記基準圧を前記センサチップに印加するための基準圧室と、外気圧を前記基準圧室に伝達する第２のダイアフラムとを備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】 前記センサチップは、固定電極と、前記固定電極に対向した可動電極と、前記可動電極を保持し、前記被測定圧室及び前記基準圧室の差圧に応じて前記可動電極を前記固定電極に対し変位させる圧力−変位変換機構とを有する請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】 固定電極が形成された第１の基板と前記固定電極にギャップをもって対向するよう可動電極を保持し圧力に応じて変形するダイアフラム部が形成された第２の基板とを有するセンサチップ、前記センサチップに被測定圧を印加するために圧力導入孔を設けた被測定圧室、前記ダイアフラム部を境界面として前記被測定圧室と接し前記センサチップに基準圧を印加するための基準圧室、前記被測定圧室と外部との境界面に備えた第１のダイアフラム、及び基準圧室と外部との境界面に備えた第２のダイアフラムを含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項４】 前記被測定圧室の容積と前記基準圧室の容積とを互いにほぼ同等とした請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサに関し、特に、対向した電極面の静電容量を検出する静電容量型圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の静電容量型圧力センサとして、一般に図２に示す圧力センサが知られている。その圧力センサにおいては、シリコン基板１０に圧力に応じて変形するダイヤフラム部１１が形成され、このダイヤフラム部１１に可動電極１３が保持されている。一方、ガラス基板２０上には固定電極２１が形成されている。シリコン基板１０とガラス基板２０とはその一部のみにおいて接合されており、これによって、ダイヤクラム部１１の下側にはキャビティー部１２が形成される。キャビティー部１２は、下部封止筐体４１に形成した基準圧導入孔１４を介して外気圧（大気圧）を導入されている。
【０００３】シリコン基板１０及びガラス基板２０によつてセンサチップ３０が構成されている。センサチップ３０はガラス基板２０によって下部封止筐体４１上に接着されている。
【０００４】また、下部封止筐体４１には、モールド成型時に一緒に作成されたボンディングパッド５１、５２，５３が配置されている。ガラス基板２０の上面には固定電極２１を引き出したボンディングパッド２３と、ダイアフラム１１に形成した可動電極１３を引き出したポンディングパッド２２とが形成されている。ボンディングパッド２２，２３は各々は信号処理回路７１に形成されたボンディングパッド２４，２５にリード線６１，６２によって接続される。
【０００５】信号処理回路７１には入出力パッド２６，２７，２８が形成されている。これらのパッド２６，２７，２８は、下部封止筐体４１に取り付けられたボンディングパッド５１，５２，５３とリード線８３，８４，８５とによって接続されている。
【０００６】さらに、被測定圧を導入する為の圧力導入孔４４を設けた上部封止筐体４３が下部封止筐体４１に嵌合されかつ超音波溶着等によってシールされる。こうして被測定圧室９３が形成される。圧力導入孔４４と被測定圧室９３との境界には、ダイアフラム９１が設けられる。
【０００７】図２の静電容量型圧力センサでは、圧力導入孔４４に圧力が加わるとダイアフラム９１が変形し、被測定圧室９３の圧力が大きくなり、ダイアフラム部１１に圧力が加わり、被測定圧室９３の圧力と大気圧との差に応じてダイアフラム部１１が変形する。ダイアフラム部１１の変形によって、可動電極１３と固定電極２１との間のギャップが変化することになる。ここで、可動電極１３と固定電極２１との間には、Ｃ＝ξ（Ａ／ｄ）の関係がある。なお、Ｃ：静電容量、ξ：空気の誘電率、Ａ：電極面積、ｄ：電極間ギャッブである。
【０００８】従って、電極間ギャップの変化によって静電容量が変化することになり、さらに、圧力と電極間ギャップとの間には一定の相関関係があるから、静電容量を検出することによつて圧力を知ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の静電容量形圧力センサは被測定圧室と大気圧との差に応じて変化するセンサチップの静電容量を検出するものである。しかしながら、周囲温度が変化した場合には、被測定圧室の内圧が変化するため、センサ出力が変動するという欠点を有する。
【００１０】それ故に本発明の課題は、周囲温度が変化した場合にも、出力変動が小さい静電容量型圧力センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第１のダイアフラムを介して被測定圧を伝達される被測定圧室と、基準圧に基いて前記被測定圧室の圧力を静電容量に変換するセンサチップとを含む圧力センサにおいて、前記基準圧を前記センサチップに印加するための基準圧室と、外気圧を前記基準圧室に伝達する第２のダイアフラムとを備えたことを特徴とする圧力センサが得られる。
【００１２】前記センサチップは、固定電極と、前記固定電極に対向した可動電極と、前記可動電極を保持し、前記被測定圧室及び前記基準圧室の差圧に応じて前記可動電極を前記固定電極に対し変位させる圧力−変位変換機構とを有することが好ましい。
【００１３】また本発明によれば、固定電極が形成された第１の基板と前記固定電極にギャップをもって対向するよう可動電極を保持し圧力に応じて変形するダイアフラム部が形成された第２の基板とを有するセンサチップ、前記センサチップに被測定圧を印加するために圧力導入孔を設けた被測定圧室、前記ダイアフラム部を境界面として前記被測定圧室と接し前記センサチップに基準圧を印加するための基準圧室、前記被測定圧室と外部との境界面に備えた第１のダイアフラム、及び基準圧室と外部との境界面に備えた第２のダイアフラムを含むことを特徴とする圧力センサが得られる。
【００１４】なお前記被測定圧室の容積と前記基準圧室の容積とを互いにほぼ同等とすることは好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の実施の形態に係る静電容量型圧力センサについて説明する。
【００１６】図１の圧力センサにおいては、シリコン基板１０に圧力に応じて変形するダイヤフラム部１１が形成され、このダイヤフラム部１１に可動電極１３が保持されている。一方、ガラス基板２０上には可動電極１３にギャップをもって対向した固定電極２１が形成されている。シリコン基板１０とガラス基板２０とはその一部のみにおいて接合されており、これによって、ダイヤクラム部１１の下側にはキャビティー部１２が形成される。キャビティー部１２は、下部封止筐体４１に形成した基準圧導入孔１４を介して、後述する基準圧を導入される。
【００１７】シリコン基板１０及びガラス基板２０によつてセンサチップ３０が構成されている。センサチップ３０はガラス基板２０によって下部封止筐体４１上に接着されている。
【００１８】また、下部封止筐体４１には、モールド成型時に一緒に作成されたボンディングパッド５１、５２，５３が配置されている。ガラス基板２０の上面には固定電極２１を引き出したボンディングパッド２３と、ダイアフラム１１に形成した可動電極１３を引き出したポンディングパッド２２とが形成されている。ボンディングパッド２２，２３は各々は信号処理回路７１に形成されたボンディングパッド２４，２５にリード線６１，６２によって接続される。
【００１９】信号処理回路７１には入出力パッド２６，２７，２８が形成されている。これらのパッド２６，２７，２８は、下部封止筐体４１に取り付けられたボンディングパッド５１，５２，５３とリード線８３，８４，８５とによって接続されている。
【００２０】さらに、被測定圧を導入する為の圧力導入孔４４を設けた上部封止筐体４３が下部封止筐体４１に嵌合されかつ超音波溶着等によってシールされる。こうして被測定圧室９３が形成される。圧力導入孔４４と被測定圧室９３との境界には、ダイアフラム９１が設けられる。このダイアフラム９１は第１のダイアフラムを構成する。
【００２１】また、下部封止筐体４１の下部には、付加筐体４２が設けられている。付加筐体４２は下部封止筐体４１に嵌合しかつ超音波溶着等によってシールされる。こうして下部封止筐体４１と付加筐体４２とで基準圧室９４を構成する。さらに、外気圧（大気圧）を導入するために付加筐体４２に形成した外圧導入孔１５と基準圧室９４との境界にはダイアフラム９２が設けられている。こうして基準圧室９４により基準圧が生成される。なお、このダイアフラム９２は第２のダイアフラムを構成する。
【００２２】ここで被測定圧室９３の容積と基準圧室９４の容積を互いにほぼ同等とし、これらに乾燥空気又は窒素を充填する。
【００２３】図１の静電容量型圧力センサでは、圧力導入孔４４に圧力が加わるとダイアフラム９１が変形し、被測定圧室９３の圧力が大きくなり、ダイアフラム部１１に圧力が加わり、被測定圧室９３の圧力と基準圧室９４との差に応じてダイアフラム部１１が変形する。ダイアフラム部１１の変形によって、可動電極１３と固定電極２１との間のギャップが変化することになる。電極間ギャップの変化によって静電容量が変化することになり、さらに、圧力と電極間ギャップとの間には一定の相関関係があるから、静電容量を検出することによつて圧力を知ることができる。即ち、センサチップ３０が基準圧に基いて被測定圧室９３の圧力を静電容量に変換する。
【００２４】また周囲温度が変化した場合には、被測定圧室９３の内圧が変化するが、基準圧室９４の内圧も同様に変化することになるため、被測定圧室９３の圧力変化と基準圧室９４の圧力変化が差動的に打ち消すように処理されることになる。従って圧力測定の精度の変化を抑制することができ、周囲温度の影響の小さい出力を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧力センサによれば、被測定圧室と基準圧室の周囲温度変化による圧力変化を差動的に打ち消すことにより、圧力測定精度の変化を抑制することができる。つまり、周囲温度の影響の小さいセンサ出力を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１３４２５７
【氏名又は名称】株式会社トーキン
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| 【出願日】 |
平成１０年８月６日（１９９８．８．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１２７２
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５５７６１（Ｐ２０００−５５７６１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２２２５５６ |
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