[发明专利]压力传感器

说明书

本发明提供一种压力传感器，其能够改善引起测量误差的带电的问题和异物堆积的问题。压敏电极(104)由配置在压力室(103)的中央部的中央部分(141)和从中央部分(141)向远离中心部的方向呈放射状地延伸的多个叶片部(142)构成，参考电极(105)由配置在压力室(103)的周缘部的周缘部分(151)和从周缘部分(151)起的多个突入部分(152)构成。多个突入部分(152)配置成进入多个叶片部(142)之间的区域的状态，多个叶片部(142)和多个突入部分(152)配置成咬合的状态。

技术领域

本发明涉及通过检测静电电容的变化来测量压力的压力传感器。

背景技术

在静电电容式的隔膜真空计等压力传感器中，将包含膜片(隔膜)的传感器芯片安装在供测定对象的气体流动的配管等之上，将受到压力的膜片的挠曲量即位移转换为静电电容值，并根据静电电容值输出压力值。该压力传感器由于气体种类依赖性小，因此以半导体设备为代表，在工业用途中被广泛使用(参照专利文献1)。

如图5所示，上述隔膜真空计等压力传感器的传感器芯片具备：基台401，其由绝缘体构成；膜片402，其由支承部401a支承在基台401上，在可动区域402a与基台401分离地配置，由在可动区域402a能够向基台401的方向位移的绝缘体构成，并且承受来自测定对象的压力；以及气密室403，其形成在可动区域402a中的膜片402与基台401之间。各部分由蓝宝石构成。

另外，具备：可动压敏电极404，其形成于膜片402的可动区域402a；以及固定压敏电极405，其与可动压敏电极404对置地形成在基台401上。另外，具备：可动参考电极406，其在膜片402的可动区域402a上形成于可动压敏电极404的周围；以及固定参考电极407，其与可动参考电极406对置地形成在固定压敏电极405的周围的基台401上。

在如上那样构成的传感器芯片中，由可动压敏电极404和固定压敏电极405形成电容。如果膜片402由于与外部的压力差而使中央部向基台401的方向或反方向位移，则可动压敏电极404与固定压敏电极405的间隔发生变化，从而它们之间的电容发生变化。如果检测出该电容变化，就能够检测出膜片402所受到的压力。

另外，在可动参考电极406与固定参考电极407之间也形成电容。只是，由于可动参考电极406设置在离支承部401a近的位置，因此膜片402的翘曲所引起的位移量比配置在更靠近中央部的可动压敏电极404小。因此，通过以固定参考电极407与可动参考电极406之间的电容变化为基准来捕捉固定压敏电极405与可动压敏电极404之间的电容变化，能够抑制膜片402的位移量的偏差而进行检测。

但是，在由绝缘体构成膜片、基台的情况下，在压敏电极与参考电极之间会露出绝缘体的表面。该区域在传感器工作中通过带电而使库仑力作用于隔膜。在利用上述的压力传感器测量绝对压力的情况下，由于膜片、基台的表面暴露在真空中，因此成为带电电荷难以泄漏的状况。在测定低压范围等需要高灵敏度的情况下，由于膜片非常薄，因此由于上述库仑力的影响，容易成为传感器输出的误差原因。

在由绝缘材料构成膜片、基台，并且例如它们的表面电阻在10¹⁴Ω/□以上的情况下，如果压敏电极与参考电极的间隔宽，则绝缘体表面的露出面积多，容易因彼此的表面的接近、接触或交流驱动等而带电。其结果，由带电产生的库仑力作用于膜片。这里，相对于参考电极的内径与压敏电极的外径的比例的上述静电引力大小如图6B所示那样变化。图6B表示膜片的厚度不同的两个压力传感器的结果，黑四边形为黑圆的厚度的0.8倍。

从图6B可知，内径与外径的比例越接近1，换言之，压敏电极与参考电极的间隔越小，静电引力的大小越小。因此，如图6A所示，使压敏电极501与参考电极502的间隔在规定的范围内变窄，使得它们之间的区域不容易带电，或者即使带电，电荷也会提前泄漏。