JP4798605B2 - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定圧力に応じた静電容量を圧力として検出するダイアフラム構造を備えた静電容量型圧力センサに関する。

従来から被測定圧力の変化を静電容量の変化として検出するダイアフラム構造を備えた圧力センサは広く知られている。かかる圧力センサの一例として、ダイアフラムの真空室側であって起歪領域近傍に可動プレートを接合し、可動プレートの外周部とダイアフラムの固定部との対向面にそれぞれ可動電極と固定電極を形成してかかる電極間の静電容量の変化を圧力の変化として検出する圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、センサチップをパッケージにしっかりと支持するために、パッケージの金属製の枠体にメタルプレート、カバープレート、及び緩衝部材を介してセンサチップを支持するとともに、カバープレートをメタルプレートと基台で挟み込んで拘束した構造の圧力センサも考えられている。
特開２００２−２６７５５９（７頁、図２）

このような圧力センサを用いて微圧を測定する際、圧力センサ自体が高精度であるために、パッケージに固定されたセンサ素子に、パッケージや固定材料の温度の変化に起因する熱応力が伝わり、それをセンサ素子が検出することにより測定誤差を生ずるという問題がある。

そのため、出願人はこのような問題を解決するために未だ公知ではない新たな静電容量型圧力センサを提案している。かかる静電容量型圧力センサは、図１及び図２に示す基本的構造を有しており、具体的には圧力を検出するセンサチップ３０と、センサチップ３０を支持する台座プレート２０（２１，２２）と、台座プレート２０（２１，２２）に接合され、当該台座プレート２０（２１，２２）を支持する支持ダイアフラム５０とを有し、支持ダイアフラム５０がパッケージ１０に接合され、当該支持ダイアフラム５０のみを介してセンサチップ３０、台座プレート２０（２１，２２）がパッケージ内に支持されている。

このような圧力センサのセンサチップにはサファイアが用いられており、センサチップ３０のリファレンス室（容量室）３０Ａ内に各固定電極と可動電極が対向するように感圧側固定電極１１０、感圧側可動電極２１０、参照側固定電極１２０、参照側可動電極２２０を備えている。また、センサチップ３０の上面には、電極取り出し用パッドがチップの四隅に蒸着されている。これらの電極取り出し用パッドはそれぞれ、感圧側固定電極取り出し用パッド、感圧側可動電極取り出し用パッド、参照側固定電極取り出し用パッド、参照側可動電極取り出し用パッドであり、大きさは例えば全てφ３ｍｍと同じ大きさとなっている。

圧力センサが上述したような複雑な構造を有していると、かかる圧力センサを構成するあらゆる導体、例えば、センサチップ３０の各電極取り出し用パッドと支持ダイアフラム５０やパッケージ１０で構成されるアースとの間に寄生容量が生じる。特に腐食性流体の圧力を測定するためにセンサチップの材質をサファイアとして支持ダイアフラムの材質をインコネルとし、サファイアの台座プレートで支持ダイアフラムの内側端部をサンドイッチ状に挟持した上で一方の台座プレートにセンサチップを支持した構造とすると、サファイアは誘電率が高いが故に主としてセンサチップ上面に形成された電極取出し用パッドとインコネルの支持ダイアフラムとの間でサファイアを介して無視できない寄生容量が生じてしまう。

このように各電極端子とアースとの間の寄生容量が大きくなると、場合によっては外部ノイズの影響を受け、感圧電極間で生じる感圧容量や参照電極間で生じる参照容量に寄生容量が並列に重畳してしまい、その重畳した容量値がセンサ信号として計測されてしまう。従って、高精度のセンサを実現するにはこれらの寄生容量をなるべく小さくしなければならない。

また、未だ公知ではない特願２００４−１４９１３７号に記載された別の例によると、図６の回路図に示すような回路を基本構成とした検出方法をとっているが、この際、各端子間の寄生容量の差がノイズの原因となる場合もある。

一般的に、センサチップに感圧側コンデンサと参照側コンデンサを全く対称に形成することは事実上不可能であり、各端子に発生する寄生容量はそれぞれ異なった値となるのが普通であるため、やはり、この寄生容量値差がノイズの原因となってしまう。

本発明の目的は、各端子間に生じる寄生容量差をほぼ無くし、圧力測定において寄生容量によるノイズの影響を受けにくい圧力センサを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明にかかる圧力センサは、
被測定圧力に応じた静電容量を圧力として検出するダイアフラム構造の圧力センサチップを備えた静電容量型圧力センサにおいて、
前記圧力センサチップが感圧側固定電極、感圧側可動電極、参照側固定電極、及び参照側可動電極を備えるとともに、当該感圧側固定電極の電極取り出し用パッド、感圧側可動電極の電極取り出し用パッド、参照側固定電極の電極取り出し用パッド、及び参照側可動電極の電極取り出し用パッドが当該圧力センサチップの外側面にそれぞれ形成され、
外部回路との接続部から、コンデンサを形成する各電極までを一つの測定端子とみなし、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ 、前記感圧側可動電極端子の寄生容量をＣ _ＭＸ 、前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ 、前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲ としたとき、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ と前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ との差（Ｃ _ＳＸ −Ｃ _ＳＲ ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと前記参照側固定電極の電極取り出し用パッドを形成するか、もしくは、前記感圧側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＸ と前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲ との差（Ｃ _ＭＸ −Ｃ _ＭＲ ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと前記参照側可動電極の電極取り出し用パッドを形成したことを特徴としている。

センサチップの固定電極や可動電極からの信号を取り出すための電極取り出し用パッドの形状（大きさや外形、パターン位置）であって、感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと参照側固定電極の電極取り出し用パッドを個別に最適な形状とするか、もしくは感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと参照側可動電極の電極取り出し用パッドを個別に最適な形状とすることで、少なくとも何れか２つの測定端子の寄生容量差をほぼ無くすことができるようになり、各電極取り出し用パッドとアース間の寄生容量の影響を受けにくい圧力センサとすることができる。

また、本発明の請求項２に記載の圧力センサは、
被測定圧力に応じた静電容量を圧力として検出するダイアフラム構造の圧力センサチップを備えた静電容量型圧力センサにおいて、
前記圧力センサチップが感圧側固定電極、感圧側可動電極、参照側固定電極、及び参照側可動電極を備えるとともに、当該感圧側固定電極の電極取り出し用パッド、感圧側可動電極の電極取り出し用パッド、参照側固定電極の電極取り出し用パッド、及び参照側可動電極の電極取り出し用パッドが当該圧力センサチップの外側面にそれぞれ形成され、
外部回路との接続部から、コンデンサを形成する各電極までを一つの測定端子とみなし、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ 、前記感圧側可動電極端子の寄生容量をＣ _ＭＸ 、前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ 、前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲ としたとき、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ と前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲ との差（Ｃ _ＳＸ −Ｃ _ＭＲ ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと前記参照側可動電極の電極取り出し用パッドを形成するか、もしくは、前記感圧側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＸ と前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ との差（Ｃ _ＭＸ −Ｃ _ＳＲ ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと前記参照側固定電極の電極取り出し用パッドを形成したことを特徴としている。

センサチップの固定電極や可動電極からの信号を取り出すための電極取り出し用パッドの形状（大きさや外形、パターン位置）であって、感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと参照側可動電極の電極取り出し用パッドを個別に適切な形状とするか、もしくは感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと参照側固定電極の電極取り出し用パッドを個別に適切な形状とすることで、圧力センサの検出精度に特に影響を与えやすい感圧側固定電極端子の寄生容量と参照側固定電極端子の寄生容量の差をほぼ無くすことができるようになり、より正確な圧力測定が可能となる。

また、本発明の請求項３に記載の圧力センサは、請求項１に記載の静電容量型圧力センサにおいて、
前記各電極取り出し用パッドがそれぞれ互いに電気的に接続されたスプリングコンタクトパッドと電極取り出し穴パッドからなり、各スプリングコンタクトパッドがこれに対応する電極取り出し穴パッドよりも前記センサチップ上の中央方向に偏倚して形成され、かつ少なくとも何れか２つの測定端子間に生じる寄生容量差をほぼ無くすような形状に当該少なくとも２つの電極取り出し用パッドの電極取り出し穴パッドとスプリングコンタクトパッドの少なくとも何れか一方を形成したことを特徴としている。

スプリングコンタクトパッドをこのような位置に形成することで、電極取り出し用パッドをアースからより離間させることができ、電極取り出し用パッドとアース間の寄生容量をより小さくすることができる。また、電極取り出し穴パッド又はスプリングコンタクトパッドの少なくとも何れか一方の形状をこのように最適化することで、少なくとも何れか２つの測定端子間に生じる寄生容量差をほぼ無くすことができ、寄生容量によるノイズの影響を受けにくい圧力センサとすることができる。

本発明によると、圧力測定を行うに当たって寄生容量によるノイズの影響を受けにくい圧力センサを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態にかかる圧力センサについて図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態にかかる圧力センサ１は、図１及び図２に示すように、パッケージ１０と、パッケージ内に収容された台座プレート２０と、同じくパッケージ内に収容され台座プレート２０に接合されたセンサチップ３０と、パッケージ１０に直接取付けられパッケージ内外を導通接続する電極リード部４０とを備えている。また、台座プレート２０は、パッケージ１０に対して隔間しており、支持ダイアフラム５０のみを介してパッケージ１０に支持されている。

パッケージ１０は、ロアハウジング１１、アッパーハウジング１２、及びカバー１３から構成されている。なお、ロアハウジング１１、アッパーハウジング１２、及びカバー１３は、耐食性の金属であるインコネルからなり、それぞれ溶接により接合されている。

ロアハウジング１１は、径の異なる円筒体を連結した形状を備え、その大径部１１ａは支持ダイアフラム５０との接合部を有し、その小径部１１ｂは被測定流体が流入する圧力導入部１０Ａをなしている。なお、大径部１１ａと小径部１１ｂとの結合部にはバッフル１１ｃが形成されるとともに、当該バッフル１１ｃはその周囲に周方向所定の間隔で圧力導入孔１１ｄが形成されている。

バッフル１１ｃは、圧力導入部１０Ａからプロセスガスなどの被測定流体を後述するセンサチップ３０に直接到達させずに迂回させる役目を果たすものであり、センサチップ３０にプロセスガスの成分やプロセスガス中の不純物が堆積するのを防止するようになっている。

アッパーハウジング１２は略円筒体形状を有し、後述するカバー１３、支持ダイアフラム５０、台座プレート２０、及びセンサチップ３０を介してパッケージ内にプロセスガスの導入する領域と独立した真空の基準真空室１０Ｂを形成している。なお、密閉空間中Ｂにはいわゆるゲッター（図示せず）と呼ばれる気体吸着物質が備わり、真空度を維持している。

また、アッパーハウジング１２の支持ダイアフラム取付け側には周方向適所にストッパ１２ａが突出形成されている。なお、このストッパ１２ａは、被測定流体の急激な圧力上昇により台座プレート２０が過度に変移するのを規制する役目を果たしている。

また、カバー１３は円形のプレートからなり、カバー１３の所定位置には電極リード挿通孔１３ａが形成されており、ハーメチックシール６０を介して電極リード部４０が埋め込まれ、この部分のシール性が確保されている。

一方、支持ダイアフラム５０はパッケージ１０の形状に合わせた外形形状を有するインコネルの薄板からなり、周囲縁部は上述したロアハウジング１１とアッパーハウジング１２の縁部に挟まれて溶接等により接合されている。なお、支持ダイアフラム５０の厚さは、例えば本実施形態の場合数十μｍであって、各台座プレート２１，２２より充分薄い厚さとなっている。また、支持ダイアフラム５０の中央部分には、センサチップ３０に圧力を導くための圧力導入孔５０ａが形成されている。

支持ダイアフラム５０の両面には、支持ダイアフラム５０とパッケージ１０の接合部から周方向全体にわたってある程度隔間した位置に酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアからなる薄いリング状のロア台座プレート２１とアッパー台座プレート２２が接合されている。

なお、各台座プレート２１，２２は、支持ダイアフラム５０の厚さに対して上述の通り十分に厚くなっており、かつ支持ダイアフラム５０を両台座プレート２１，２２でいわゆるサンドイッチ状に挟み込む構造を有している。これによって、支持ダイアフラム５０と台座プレート２０の熱膨張率の違いによって発生する熱応力でこの部分が反るのを防止している。

また、アッパー台座プレート２２には酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアでできた上面視矩形状のセンサチップ３０が接合後にスペーサ３１やアッパー台座プレート２２と同一の材料に変化する酸化アルミニウムベースの接合材を介して接合されている。なお、この接合方法については、特開２００２−１１１０１１号公報において詳しく記載されているのでここでの詳細な説明を省略する。

センサチップ３０は上面視で１ｃｍ角以下の大きさを有し、四角角型の薄板からなるスペーサ３１と、スペーサ３１に接合されかつ圧力の印加に応じて歪が生じるセンサダイアフラム３２と、センサダイアフラム３２に接合して真空の容量室（リファレンス室）３０Ａを形成するセンサ台座３３を有している。また、真空の容量室３０Ａと基準真空室１０Ｂとはセンサ台座３３の適所に穿設された図示しない連通孔を介して共に同一の真空度を保っている。

なお、スペーサ３１、センサダイアフラム３２、及びセンサ台座３３はいわゆる直接接合によって互いに接合され、一体化したセンサチップ３０を構成している。

また、センサチップ３０の容量室３０Ａには、図１及び図２に示すように、センサ台座３３の凹み部に金又は白金等の導体でできた感圧側固定電極１１０、参照側固定電極１２０が形成されているとともに、これと対向するセンサダイアフラム３２の表面上に金又は白金等の導体でできた感圧側可動電極２１０、参照側可動電極２２０が形成されている。

なお、感圧側固定電極１１０は、図３に示すように、凹み部の中央部に平面視で円形をなして形成され、参照側固定電極１２０は感圧側固定電極１１０と僅かに離間してこれの周囲をほぼ囲むように平面視円弧をなして形成されている。また、感圧側可動電極２１０及び参照側可動電極２２０はそれぞれ感圧側固定電極１１０及び参照側可動電極２２０と対向配置するようにそれぞれ対応する形状をなしてセンサダイアフラム３２のリファレンス室側表面に形成されている。そして、感圧側固定電極１１０と感圧側可動電極２１０は圧力に対して高感度であって、圧力測定を行う役目を果たし、参照側固定電極１２０と参照側可動電極２２０は圧力に対して低感度であって電極間の誘電率を補正する役目を果たしている。

また、センサチップ３０の上面四隅には、それぞれ電極取り出し用パッドが蒸着されている。これらの電極取り出し用パッドは、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１、感圧側可動電極取り出し用パッド２１１、参照側固定電極取り出し用パッド１２１、参照側可動電極取り出し用パッド２２１であり、大きさは、例えば本実施形態の場合、感圧側可動電極取り出し用パッド２１１がφ２．５ｍｍ、参照側可動電極取り出し用パッド２２１がφ２．５ｍｍ、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１がφ２．６ｍｍ、参照側固定電極取り出し用パッド１２１がφ２．０ｍｍとなっている。そして、感圧側固定電極１１０と感圧側固定電極取り出し用パッド１１１は電極取り出し穴に蒸着された導体を介して電気的に接続されている。同様に、参照側固定電極１２０と参照側固定電極取り出し用パッド１２１、感圧側可動電極２１０と感圧側可動電極取り出し用パッド２１１、参照側可動電極２２０と参照側可動電極取り出し用パッド２２１もそれぞれ電極取り出し穴に蒸着された導体を介して個別に電気的に接続されている。

この感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の大きさφ２．６ｍｍは参照側固定電極取り出し用パッド１２１の大きさφ２．０ｍｍとの関係で最適値として設定されている。すなわち、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１と参照側固定電極取り出し用パッド１２１の相対的な大きさによって個々に設定され、具体的には感圧側固定電極端子４５−４１−１１１−１１０の寄生容量（主に感圧側固定電極取り出し用パッド１１１と支持ダイアフラム５０やパッケージ１０などのアースとの間に生じる容量）Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子４５−４１−１２１−１２０の寄生容量（主に参照側固定電極取り出し用パッド１２１と支持ダイアフラム５０やパッケージ１０などのアースとの間に生じる容量）Ｃ_ＳＲとの差がほぼ無くなるような（十分小さくなるような）大きさとなっている。なお、本実施形態における感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の大きさの最適値の設定方法については以下の実施例において説明する。

このように、センサチップ３０からの信号を取り出すための感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の形状と参照側固定電極取り出し用パッド１２１の形状を個別に設定することで、寄生容量によるノイズの影響を受けない圧力センサとすることができるようになる。

一方、電極リード部４０は、各電極取り出し用パッドに対応して４本設けられ、図１に示すように、電極リードピン４１と金属製のシールド４２を備え、電極リードピン４１は金属製のシールド４２にガラスなどの絶縁性材料からなるハーメチックシール４３によってその中央部分が埋設され、電極リードピン４１の両端部間で気密状態を保っている。そして、電極リードピン４１の一端はパッケージ１０の外部に露出して図示しない配線によって圧力センサ１の出力を外部の信号処理部に伝達するようになっている。なお、シールド４２とカバー１３との間にも上述の通りハーメチックシール６０が介在している。また、電極リードピン４１の他方の端部には導電性を有するコンタクトバネ４５が接続されている。

コンタクトバネ４５は、圧力導入部１０Ａからプロセスガスなどの被測定流体が急に流れ込むことで発生する急激な圧力上昇により支持ダイアフラム５０が若干変移しても、コンタクトバネ４５の付勢力がセンサチップ３０の測定精度に影響を与えない程度の十分な柔らかさを有している。

なお、センサチップ３０の製造方法は以下の通りである。

まず、最適化したパッド形状がパターニングされたメタルマスクをステンレス薄板のエッチングにより作製する（第１工程）。

次いで、センサパッケージ体（パッドを蒸着する前の図２にある構造体）に第１工程で作製したメタルマスクを被せ、位置決めした後、冶具によりセンサパッケージ体とメタルマスクを固定する（第２工程）。

次いで、白金や金などを蒸着することによりパッドを形成すると同時に、センサチップ内部のセンサ電極との電気的接続を得て（第３工程）、これによってセンサチップ３０の製造を終える。

続いて、上述した圧力センサ１において参照側固定電極取り出し用パッド１２１の大きさをφ２．０ｍｍとしたときに感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の大きさを最適値であるφ２．６ｍｍとした理由及び各本発明にかかる圧力センサを本実施例とし、各電極パッドが同じ大きさを有する圧力センサを比較例とした場合の特性評価試験の結果を以下に説明する。

感圧側可動電極取り出し用パッド２１１、参照側可動電極取り出し用パッド２２１、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１、参照側固定電極取り出し用パッド１２１の各パッドをφ３．０ｍｍとすべて同一形状にしたときの圧力センサを比較例とした。この比較例における寄生容量は、感圧側固定電極端子４５−４１−１１１−１１０の寄生容量値Ｃ_ＳＸが０．３６８ｐＦ、参照側固定電極端子４５−４１−１２１−１２０の寄生容量値Ｃ_ＳＲが０．３９８ｐＦとなった。そのため、感圧側固定電極端子４５−４１−１１１−１２０と参照側固定電極端子４５−４１−１２１−１２０の寄生容量値の差（Ｃ_ＳＸ―Ｃ_ＳＲ）は、−０．０３０ｐＦとなった。

続いて、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１と参照側固定電極取り出し用パッド１２１の大きさを本実施形態の圧力センサのように最適化し、これを本実施例とした。具体的には、センサチップの構造変更を最小限に抑えるために、参照側固定電極取り出し用パッド１２１のパッド径をスプリングコンタクト可能な最小の径であるφ２．０ｍｍ固定とし、感圧側可動電極取り出し用パッドの大きさは、φ２．５ｍｍ固定とし、参照側可動電極取り出し用パッドの大きさは、２．５ｍｍ固定とし、感圧側固定電極取り出し用パッドの大きさは未決定とした。

そして、図４に示す参照側固定電極取り出し用パッド１２１と感圧側固定電極取り出し用パッド１１１との面積差を横軸とし、感圧側固定電極端子４５−４１−１１１−１１０の寄生容量値Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子４５−４１−１２１−１２０の寄生容量値Ｃ_ＳＲの差である寄生容量相対値Ｃ_ＳＸ―Ｃ_ＳＲを縦軸にプロットし、それらの点の線形近似から、参照側固定電極取り出し用パッド１２１の径をφ２．０ｍｍ固定としたとき、感圧側固定電極取り出し用パッドの径をφ２．６ｍｍにすれば、寄生容量相対値Ｃ_ＳＸ―Ｃ_ＳＲは計算上ゼロになることが分かった。これによって、本実施形態のように参照側固定電極取り出し用パッド１２１がφ２．０ｍｍの場合、感圧側固定電極取り出し用パッド１１１の最適な大きさをφ２．６ｍｍと決定した。

以上から比較例においては寄生容量差が０．０３０ｐＦの差が生じていたが、本実施例ではこの差をゼロにすることが確認でき、本発明の有効性を検証することができた。

なお、上述した実施形態とは異なり、感圧側固定電極取り出し用パッドの面積を予め大きく形成しておいてレーザートリミング等でこのパッドの面積が最適値になるように部分的に除去して微調整しても良い。また、感圧側固定電極取り出し用パッドの面積を予め小さく形成しておいてマスキング等でこのパッドの面積が最適値になるように徐々に大きくすることで微調整しても良い。

また、上述の実施形態の変形例として、電極取り出し用パッドをパッケージ１０及び支持ダイアフラム５０から遠ざけて寄生容量を減らす構成をとることも可能である。この場合、図５に示すように、電極取り出し用パッド３１０，３２０，４１０，４２０がスプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１とこれと電気的に接続された電極取り出し穴パッド３１２，３２２，４１２，４２２からなり、センサチップの四隅に形成された電極取り出し穴からセンサチップの中心側に向かってスプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１を偏倚させて形成している。なお、スプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１には図１に示したコンタクトパッド４５と同様のコンタクトパッドが接続するものとする。

スプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１の面積はそれぞれ扇形をなし同一の面積となっているが、スプリングコンタクトパッド３１１，３２１，４１１，４２１と電気的に接続された電極取り出し穴パッド３１２，３２２，４１２，４２２の形状は上述したように感圧側固定電極端子４５−４１−３１１−３１０−３１２−１１０の寄生容量値Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子４５−４１−３２１−３２０−３２２−１２０の寄生容量値Ｃ_ＳＲの差がほぼ無くなるような外径を有するように形成する。

この場合も感圧側固定電極取り出し穴パッド３１２、参照側固定電極取り出し穴パッド３２２の形をこれらの寄生容量差が無くなるような形状に予め形成しておいても良い。又は、電極取り出し穴パッドを上述したように最初に大きく形成してレーザートリミングで最適な大きさまで除去しても良い。若しくは、これらの電極取り出し穴パッドの少なくとも一つを最初に小さめに形成しておいてマスキングにより徐々に大きくして最適な大きさまで大きくしても良い。これらの方法の何れかをとることによって、例えば感圧側固定電極端子４５−４１−３１１−３１０−３１２−１１０の寄生容量Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子４５−４１−３２１−３２０−３２２−１２０の寄生容量Ｃ_ＳＲとの差をほぼ無くすことができ、圧力測定にあたってノイズが生じないようにすることが可能である。

以上説明したように、本発明によるとセンサチップからの信号を取り出す感圧側固定電極取り出し用パッドの形状と参照側固定電極取り出し用パッドの形状や寸法を個別に設定することで、圧力測定に関して特に影響を与えやすい感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ_ＳＲを揃えることができるようになり、例えば図６に示すような差動回路を介してこれらの寄生容量をキャンセルするとともに正確な圧力測定ができるようになる。

なお、上述の実施形態では、感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ_ＳＸと参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ_ＳＲとの差をほぼ無くすために感圧側固定電極取り出し用パッドの外径を最適化したが、必ずしもこれに限定することはなく、感圧側固定電極取り出し用パッドの外径を固定して参照側固定電極取り出し用パッドの外径を最適化しても良い。

また、感圧側可動電極端子の寄生容量Ｃ_ＭＸと参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ_ＭＲとの差をほぼ無くすようにこれらの電極取り出し用パッド相互の形状を最適化しても良い。

また、感圧側固定電極端子と参照側可動電極端子の寄生容量差（Ｃ_ＳＸ−Ｃ_ＭＲ）や感圧側可動電極端子と参照側固定電極端子の寄生容量差（Ｃ_ＭＸ−Ｃ_ＳＲ）をほぼ無くすようにこれらの電極取り出し用パッド間相互の形状を最適化しても良い。

なお、上述した電極取り出し用パッドの形状の最適化とは本実施形態のように電極取り出し用パッドのパッド径（パッドの大きさ）を最適化することに限定されず、上述した変形例のように電極取り出し用パッドの形成位置や電極取り出し用パッドの輪郭形状を変更する広義の意味の形状を含むものである。

本発明の一実施形態及び本発明に関連する圧力センサの断面図である。 図１に示した圧力センサを部分的に示す一部断面斜視図である。 図１に示した圧力センサの電極パッドの大きさを最適化したセンサチップの平面図である。 感圧側固定電極の電極取り出し用パッド面積と参照側固定電極の電極取り出し用パッド面積の差に対する、感圧側固定電極端子の寄生容量（Ｃ_ＳＸ）と参照側固定電極端子の寄生容量（Ｃ_ＳＲ）の差Ｃ_ＳＸ−Ｃ_ＳＲの関係を示す図である。 本発明の一実施形態の変形例にかかる圧力センサの電極パッドの大きさを最適化したセンサチップの平面図である。 本発明の一実施形態にかかる圧力センサ及び本発明に関連する圧力センサの信号処理回路図である。

符号の説明

１ 圧力センサ
１０ パッケージ
１０Ａ 圧力導入部
１０Ｂ 基準真空室
１１ ロアハウジング
１１ａ 大径部
１１ｂ 小径部
１１ｃ バッフル
１１ｄ 圧力導入孔
１２ アッパーハウジング
１２ａ ストッパ
１３ カバー
１３ａ 電極リード挿通孔
２０ 台座プレート
２１ ロア台座プレート
２２ アッパー台座プレート
３０ センサチップ
３０Ａ 容量室
３１ スペーサ
３２ センサダイアフラム
３２ｂ，３２ｃ 可動電極
３３ センサ台座
３３ｂ，３３ｃ 固定電極
３５，３６ コンタクトパッド
４０ 電極リード部
４１ 電極リードピン
４２ シールド
４３ ハーメチックシール
４５ コンタクトバネ
５０ 支持ダイアフラム
５０ａ 圧力導入孔
６０ ハーメチックシール
１１０ 感圧側固定電極
１１１ 感圧側固定電極取り出し用パッド
１２０ 参照側固定電極
１２１ 参照側固定電極取り出し用パッド
２１０ 感圧側可動電極
２１１ 感圧側可動電極取り出し用パッド
２２０ 参照側可動電極
２２１ 参照側可動電極取り出し用パッド
３１０，３２０，４１０，４２０ 電極取り出し用パッド
３１１，３２１，４１１，４２１ スプリングコンタクトパッド
３１２，３２２，４１２，４２２ 電極取り出し穴パッド

Claims (3)

1. 被測定圧力に応じた静電容量を圧力として検出するダイアフラム構造の圧力センサチップを備えた静電容量型圧力センサにおいて、
   前記圧力センサチップが感圧側固定電極、感圧側可動電極、参照側固定電極、及び参照側可動電極を備えるとともに、当該感圧側固定電極の電極取り出し用パッド、感圧側可動電極の電極取り出し用パッド、参照側固定電極の電極取り出し用パッド、及び参照側可動電極の電極取り出し用パッドが当該圧力センサチップの外側面にそれぞれ形成され、
   外部回路との接続部から、コンデンサを形成する各電極までを一つの測定端子とみなし、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ 、前記感圧側可動電極端子の寄生容量をＣ _ＭＸ 、前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ 、前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲ としたとき、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ と前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ との差（Ｃ _ＳＸ −Ｃ _ＳＲ ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと前記参照側固定電極の電極取り出し用パッドを形成するか、もしくは、前記感圧側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＸ と前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲ との差（Ｃ _ＭＸ −Ｃ _ＭＲ ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと前記参照側可動電極の電極取り出し用パッドを形成したことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 被測定圧力に応じた静電容量を圧力として検出するダイアフラム構造の圧力センサチップを備えた静電容量型圧力センサにおいて、
   前記圧力センサチップが感圧側固定電極、感圧側可動電極、参照側固定電極、及び参照側可動電極を備えるとともに、当該感圧側固定電極の電極取り出し用パッド、感圧側可動電極の電極取り出し用パッド、参照側固定電極の電極取り出し用パッド、及び参照側可動電極の電極取り出し用パッドが当該圧力センサチップの外側面にそれぞれ形成され、
   外部回路との接続部から、コンデンサを形成する各電極までを一つの測定端子とみなし、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ 、前記感圧側可動電極端子の寄生容量をＣ _ＭＸ 、前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ 、前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲ としたとき、前記感圧側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＸ と前記参照側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＲ との差（Ｃ _ＳＸ −Ｃ _ＭＲ ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側固定電極の電極取り出し用パッドと前記参照側可動電極の電極取り出し用パッドを形成するか、もしくは、前記感圧側可動電極端子の寄生容量Ｃ _ＭＸ と前記参照側固定電極端子の寄生容量Ｃ _ＳＲ との差（Ｃ _ＭＸ −Ｃ _ＳＲ ）をほぼ無くすような形状に前記感圧側可動電極の電極取り出し用パッドと前記参照側固定電極の電極取り出し用パッドを形成したことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
3. 前記各電極取り出し用パッドがそれぞれ互いに電気的に接続されたスプリングコンタクトパッドと電極取り出し穴パッドからなり、各スプリングコンタクトパッドがこれに対応する電極取り出し穴パッドよりも前記センサチップ上の中央方向に偏倚して形成され、かつ少なくとも何れか２つの測定端子間に生じる寄生容量差をほぼ無くすような形状に当該少なくとも２つの電極取り出し用パッドの電極取り出し穴パッドとスプリングコンタクトパッドの少なくとも何れか一方を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。

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