JPH0921716A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電容量型圧力センサにおいて、直線性の良
好な出力特性を得る。 【解決手段】 ガラス基板２０には固定電極２１が形成
され、シリコン基板１０にはダイヤフラム部１１が形成
され、このダイヤフラム部には所定のギャップをおいて
固定電極に対向する可動電極１３が設けられて、これに
よって、センサチップ３０が構成される。Ｃ／Ｖ変換Ｉ
Ｃ７１はダイヤフラム部に加わる被測定圧力によって変
化するギャップの間隔に応じて変化する静電容量を電圧
に変換して出力する。センサチップとＣ／Ｖ変換ＩＣと
はワイヤーボンディングによって電気的に接続されてい
る。このように、センサチップとＣ／Ｖ変換ＩＣとを直
接ワイヤーボンディングによって電気的に接続している
から、寄生容量を抑制することができ、直線性の良好な
出力特性を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は互いに対向した電極
間の静電容量の変化によって圧力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】一般に、この種の静電容量型圧力センサ
として、図３に示す静電容量型圧力センサが知られてい
る。図３を参照して、図示の静電容量型圧力センサはシ
リコン基板１０及びガラス基板２０を備えており、シリ
コン基板１０には電極（可動電極）１３を有するダイヤ
フラム部１１が形成されている。また、ガラス基板２０
上には可動電極１３と対向する固定電極２１が形成され
ている。シリコン基板１０及びガラス基板２０とは所定
の間隔をおいてその一部で互いに接合されており、この
結果、シリコン基板１０とガラス基板２０との間におい
てダイヤフラム部１１の下側にはキャビティー部１２が
形成されることになる。そして、これらシリコン基板１
０及びガラス基板２０によってセンサチップ３０が構成
される。

【０００３】上述のセンサチップ３０はガラス基板２０
側で下部封止筐体４１上に接着されており、下部封止筐
体４１及びガラス基板２０には、固定電極２１の下側に
達する通路４２が形成されている。下部封止筐体４１に
は一対のリード端子５１及び５２（図３（ｂ））が配設
されており、これらリード端子５１及び５２は下部封止
筐体４１のモールド成型の際図示の位置に位置決めされ
る。

【０００４】ガラス基板２０の上面には所定の間隔をお
いて一対のボンディングパッド２２及び２３が形成され
ており、これらボンディングパッド２２及び２３はそれ
ぞれ可動電極１３及び固定電極２１に接続されている。
さらに、これらボンディングパッド２２及び２３はそれ
ぞれリード線６２及び６１によってリード端子５１及び
５２に接続されている。

【０００５】図３（ａ）に示すように、リード端子５１
及び５２は下部封止筐体４１からその一部が露出してお
り、これらリード端子５１及び５２は静電容量／電圧
（Ｃ／Ｖ）変換ＩＣ７１に接続される。具体的には、Ｃ
／Ｖ変換ＩＣ７１は下部封止筐体４１の裏面に装着（接
着）されており、Ｃ／Ｖ変換ＩＣ７１に形成されたボン
ディングパッド２４及び２５がそれぞれリード線８１及
び８２を介してリード端子５１及び５２に接続されてい
る。

【０００６】Ｃ／Ｖ変換ＩＣ７１には入出力パッド２６
乃至２８が形成されており、これら入出力パッド２６乃
至２８はそれぞれ下部封止筐体４１に取り付けられたリ
ード端子９１乃至９３にリード線８３乃至８５によって
接続されている。上記のリード端子９１乃至９３はリー
ド端子５１及び５２と同様に下部封止筐体４１をモール
ド成型する際、図示の位置に位置決めされる。

【０００７】図示のように、下部封止筐体４１の裏面に
はカバー４５が取り付けられ、これによって、Ｃ／Ｖ変
換ＩＣ７１等がカバー４５によって覆われることにな
る。一方、下部封止筐体４１の上側において、下部封止
筐体４１には上部封止筐体４３が配設され、超音波溶着
によってシールされる。つまり、下部封止筐体４１と上
部封止筐体４３とによってその内部に密閉空間が形成さ
れることになる。上部封止筐体４３には導入路４４が形
成されており、この導入路４４は密閉空間に繋がってい
る。

【０００８】上述の静電容量型圧力センサで圧力を検出
する際には、通路４２から大気圧又は被測定圧力と比較
される既知の圧力（以下総称して既知圧力と呼ぶ）が導
入される。一方、導入路４４からは被測定圧力が導入さ
れる。つまり、導入路４４から密閉空間に被測定圧力
（流体）が導入され、通路４２から既知圧力が導入され
る。この結果、ダイアフラム部１１は被測定圧力に応じ
て変形することになる。そして、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。

【０００９】いま、可動電極１３と固定電極２１とによ
る静電容量をＣとしたとき、Ｃ＝ξ（Ａ／ｄ）の関係が
ある。ここで、ξは空気の誘電率、Ａは電極面積、ｄは
電極間ギャップを表す。従って、上述のように、可動電
極１３と固定電極２１との間のギャップｄが変化する
と、静電容量Ｃが変化する。一方、前述のように、ダイ
ヤフラム部１１、つまり、可動電極１３は被測定圧力に
応じて変化（移動）するから（被測定圧力とギャップと
の間には一定の関係があるから）、静電容量Ｃを検出す
ることによって被測定圧力を知ることができる。

【００１０】この静電容量Ｃの変化は、Ｃ／Ｖ変換ＩＣ
７１によって電圧に変換され、この電圧値によって被測
定圧力が検出されることになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示す
静電容量型圧力センサの等価回路は図４に示す回路で表
される。上述のセンサチップの静電容量をＣｓで表す
と、この静電容量Ｃｓは通常の状態（圧力検出前の状
態）で１．２ｐＦと微小である。一方、図３に示すよう
に静電容量型圧力センサを構成すると、図４に示すよう
に、リード端子５１及び５２間に静電容量Ｃｄが存在す
る。図４から明らかなように、この静電容量Ｃｄは静電
容量Ｃｓと並列に存在する寄生容量となる。この結果、
静電容量Ｃｓの逆数特性を用いて圧力を検出する場合に
は、圧力と静電容量との変化がリニアの関係にならない
という問題点がある。つまり、検出の際の直線性が低下
するという問題点がある。

【００１２】いずれにしても、従来の静電容量型圧力セ
ンサでは精度よく圧力を検出できないという問題点があ
る。

【００１３】本発明の目的は精度よく圧力を検出するこ
とのできる静電容量型圧力センサを提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、第１の
電極が形成された第１の基板と、所定のギャップをおい
て前記第１の電極に対向する第２の電極を有するダイヤ
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
プと、前記ダイヤフラム部に加わる被測定圧力によって
変化する前記ギャップの間隔に応じて変化する静電容量
を電圧に変換して出力する静電容量電圧変換器とを有す
る静電容量型圧力センサにおいて、前記センサチップと
前記静電容量電圧変換器とはワイヤーボンディングによ
って電気的に接続されていることを特徴とする静電容量
型圧力センサが得られる。

【００１５】本発明では、センサチップと晴天容量電圧
変換器とを直接ワイヤーボンディングによって電気的に
接続しているから、寄生容量を抑制することができ、そ
の結果、直線性の良好な出力特性を得ることができる。
つまり、精度よく圧力を検出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明について実施例によっ
て説明する。

【００１７】図１を参照して、図１に示す静電容量型圧
力センサにおいて図２に示す静電容量型圧力センサと同
一の構成要素については同一の参照番号を付し説明を省
略する。

【００１８】図示の静電容量型圧力センサは、下部封止
筐体４１ａを備えている。この下部筐体４１ａはその上
面が開口され、仕切壁４１１によって第１及び第２の室
に実質的に分離され、これら第１及び第２の室は貫通部
４１２によって連通している。図３に関連して説明した
センサチップ３０は第１の室に配設され、ガラス基板２
０側で下部封止筐体４１ａ上に接着されている。

【００１９】前述のように、ガラス基板２０の上面には
所定の間隔をおいて一対のバンディングパッド２２及び
２３が形成されており、これらボンディングパッド２２
及び２３はそれぞれ可動電極１３及び固定電極２１に接
続されている。

【００２０】Ｃ／Ｖ変換ＩＣ７１にはボンディングパッ
ド２４及び２５及び入出力パッド２６乃至２８が形成さ
れており、Ｃ／Ｖ変換ＩＣ７１は第２の室に配設され、
下部封止筐体４１ａ上に接着されている。ボンディング
パッド２４及び２５はそれぞれリード線７２及び７３に
よってボンディングパッド２２及び２３に接続される。
この際、リード線７２及び７３は貫通部４１２を通って
ボンディングパッド２４及び２５とボンディングパッド
２２及び２３とを接続する。その後、貫通部４１２には
封止樹脂４８が充填され封止される。

【００２１】下部封止筐体４１ａにおいて、第２の室に
はカバー４６が取り付けられ、これによって、Ｃ／Ｖ変
換ＩＣ７１等がカバー４６によって覆われることにな
る。一方、第１の室上には上部封止筐体４３が配設さ
れ、超音波溶着によって下部封止筐体４１ａと接合され
シールされる。

【００２２】図１に示す静電容量型圧力センサの等価回
路を図２に示す。図１に示す静電容量型圧力センサで
は、センサチップとＣ／Ｖ変換ＩＣとを直接ワイヤーボ
ンディングによって電気的に接続しているから、図２に
示すように、センサチップとＣ／Ｖ変換ＩＣとを接続す
るライン間に発生する静電容量を抑制することができ
る。つまり、リード線７２及び７３間に発生する静電容
量Ｃｄを小さくすることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではセンサ
チップとＣ／Ｖ変換ＩＣとを直接ワイヤーボンディング
によって電気的に接続しているから、寄生容量を抑制す
ることができ、その結果、直線性の良好な出力特性を得
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による静電容量型圧力センサの一実施例
を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は一部省略し
て示す斜視図である。

【図２】図１に示す静電容量型圧力センサの等価回路を
示す図である。

【図３】従来の静電容量型圧力センサを示す図であり、
（ａ）は断面図、（ｂ）は一部省略して示す斜視図であ
る。

【図４】図３に示す静電容量型圧力センサの等価回路を
示す図である。

【符号の説明】

１０ シリコン基板 １１ ダイヤフラム部 １２ キャビティー部 １３ 可動電極 ２０ ガラス基板 ２１ 固定電極 ２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ ボンディ
ングパッド ３０ センサチップ ４１，４１ａ 下部封止筐体 ４２ 通路 ４３ 上部封止筐体 ４４ 導入路 ４５，４６ カバー ７１ Ｃ／Ｖ変換ＩＣ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電極が形成された第１の基板と、
   所定のギャップをおいて前記第１の電極に対向する第２
   の電極を有するダイヤ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と、前記ダイヤフラム部に加わ
   る被測定圧力によって変化する前記ギャップの間隔に応
   じて変化する静電容量を電圧に変換して出力する静電容
   量電圧変換器とを有する静電容量型圧力センサにおい
   て、前記センサチップと前記静電容量電圧変換器とはワ
   イヤーボンディングによって電気的に接続されているこ
   とを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された静電容量型圧力セ
   ンサにおいて、第１及び第２の室を有する筐体を備え、
   前記第１の室には前記センサチップが配置され、前記第
   ２の室には前記静電容量電圧変換器が配置されており、
   前記第１の室と前記第２の室とを連通する貫通部を通し
   て前記ワイヤーボンディングがなされ、前記貫通部は封
   止用樹脂で封止されていることを特徴とする静電容量型
   圧力センサ。