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專利名稱：靜電電容式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)相對配置的多個電極間的靜電電容來測定物理量和化學(xué)量的靜電電容式傳感器，特別是涉及具備根據(jù)上述多個電極的定位來補償靜電電容誤差的裝置的靜電電容式傳感器。
背景技術(shù)：
作為采用檢測靜電電容的辦法來測定壓力、溫度、濕度、變位、變量、加速度等的各種物理量和化學(xué)量的裝置，人們知道靜電電容式傳感器。以下，以用來測定壓力的壓力傳感器為例，說明現(xiàn)有的靜電電容式傳感器的構(gòu)成。


圖13的斜視圖示出了現(xiàn)有的靜電電容式傳感器的構(gòu)成。
在臺座基板101的一個面上，形成有凹部。該臺座基板101，用凹部周邊的凸緣部分101a與隔板基板102接合。借助于此，凹部被隔板基板102閉塞，形成電容室103。
在電容室103的臺座基板101一側(cè)配置固定電極110，在隔板基板102一側(cè)，即在隔板基板的可動部分102a上配置可動基板120。各個電極110和120分別連接到配置在臺座基板101的背面的信號處理部分104的輸入一側(cè)上。
若給隔板基板102加上壓力P，則可動部分將相應(yīng)于該壓力P發(fā)生變位。由于可動電極120與可動部分102a連動，故固定電極110和可動電極120之間的間隙將因此而變化，兩電極110、120間的靜電電容將發(fā)生變化。可以根據(jù)這時的電容值，用信號處理部分104計算壓力P。
圖14的剖面圖示出了圖13所示的現(xiàn)有的靜電電容式傳感器的XIV-XIV’線方向的剖面。
固定電極110由電極部分111和電極引出部分112構(gòu)成。此外，在電容室103的臺座基板104一側(cè)，取出固定電極110，形成用來連接到圖13所示的信號處理部分104上的電極焊盤113。固定電極110的電極引出部分112與電極焊盤113連接。
同樣，可動電極120由電極部分121和電極引出部分122構(gòu)成，中間經(jīng)過在電容室103的隔板基板102一側(cè)形成的可動電極120，電極焊盤123連接到信號處理部分104上。
在圖13所示的靜電電容式傳感器的制造工序中，首先，在臺座基板101的凹部內(nèi)，用眾所周知的成膜技術(shù)和光刻技術(shù)形成固定電極110。同樣，在隔板基板102的一方的面上，形成可動電極。其次，使已附著固定電極110的臺座基板101和已附著可動電極120的隔板基板102進行接合。借助于此，形成由固定電極110和可動電極120構(gòu)成的電容器構(gòu)造。
在使各個基板101和102接合時，由于只要定位正確，兩電極110和120的相對面積就會變成為所設(shè)計的那么大，故可以得到所希望的電容值。
但是，現(xiàn)實情況是，要想象設(shè)計的那樣組裝臺座基板101和隔板基板102是困難的，在各個電極110和120之間，將產(chǎn)生定位誤差。這時，如果把各個電極110和120的大小作成為完全相同，則兩電極110和120的相對面積會取決于定位誤差而變化的很大。因此，在傳感器中會產(chǎn)生不均勻性，得不到所希望的電容值。
為此，在圖13所示的靜電電容式傳感器中，如圖14所示，在整個圓周的范圍內(nèi)都把固定電極110形成得比可動電極120小。借助于此，即便是產(chǎn)生了定位誤差，固定電極110也不會從可動電極120的相對區(qū)域中伸出來，故可以抑制在傳感器中產(chǎn)生的不均勻性。
在圖13所示的現(xiàn)有的靜電電容式傳感器中，如圖14所示，電極焊盤113在可動電極120的相對區(qū)域外邊形成。這是因為若在可動電極120的相對區(qū)域內(nèi)形成電極焊盤113，則壓力P的檢測精度會變壞，同時，在電極的取出方面還會產(chǎn)生不方便的緣故。為此，固定電極110的電極引出部分112形成為超過可動電極120的相對區(qū)域。
圖15(a)、(b)是示出了在產(chǎn)生了定位誤差的情況下的固定電極110和可動電極120之間的位置關(guān)系的示意圖。在圖15(a)、(b)中，把從電極焊盤113朝向電極部分111的方向定義為x方向，把從電極部分111朝向電極焊盤113的方向定義為-x方向。
如圖15(a)所示，當固定電極110(即電極引出部分112)偏向箭頭x方向時，則電極引出部分112的一部分112a將進入可動電極120的相對區(qū)域內(nèi)。反之，如圖15(b)所示，當固定電極110偏向箭頭-x方向時，則電極引出部分112的一部分112b將伸出到可動電極120的相對區(qū)域之外。電極引出部分112也可以在與可動電板120相對的部分形成靜電電容。為此，電極引出部分112將成為因定位誤差形成的不均勻性的要因。
然而，要想使靜電電容式傳感器小型化，就必須把電極110、120制作得小。但是，在現(xiàn)有的靜電電容式傳感器中，當發(fā)生了定位誤差時，如上所述，兩電極110、120間的靜電電容將因電極引出部分112而變化。為此，若把各個電極110和120制作得小，由于不均勻性會與之相對應(yīng)地變大，故存在著不能得到高精度的小型傳感器的問題。
本發(fā)明就是為解決這樣的課題而發(fā)明的，其目的是降低使靜電電容式傳感器小型化時的不均勻性。
發(fā)明的公開為達到這樣的目的，本發(fā)明具備第1和第2電極，該二電極相互不接觸那樣地相對配置，且根據(jù)被檢測量的變化兩者之間的間隙發(fā)生變化；信號處理部分，分別與這些第1和第2電極進行連接，且根據(jù)在第1和第2電極間形成的靜電電容來檢測被檢測量。其特征是第1電極具備根據(jù)與第1電極平行的方向上產(chǎn)生的定位誤差使與第2電極之間的相對面積增加和減少的部分，這些部分具有相同的面積。借助于此，即便是產(chǎn)生了定位誤差，由于二電極的相對面積不會變化，故各個電極間的靜電電容將變成恒定。因此可以降低使靜電電容式傳感器小型化時的不均勻性。
特別是第1電極，作為整體也可以作成為比第2電極小。
在這種情況下，第1電極的一個構(gòu)成例，含有直線狀的電極引出部分，和配置在與該電極引出部分不同的一側(cè)，與電極引出部分寬度相同且平行形成的突出部分，第1電極配置成僅僅在電極引出部分和突出部分與第2電極交叉。借助于此，即便是在與電極引出部分平行的方向上產(chǎn)生了誤差，由電極引出部分引起的二電極的相對面積的增減，也可以用突出部分進行補償。因此，由于可以抑制對于電極引出部分的不均勻性的影響，故可以降低在小型的靜電電容式傳感器上產(chǎn)生的不均勻性。
在這種情況下，第1電極的突出部分的長度，也可以根據(jù)定位誤差的最大值決定。因此，可以確實地得到上述的效果。
此外，第2電極的一個構(gòu)成例，具備與第1電極的電極引出部分交叉的第1邊沿部分和與第2電極的突出部分交叉的第2邊沿部分，這些第1和第2邊沿部分，作成為當平行移動時則相互重疊的形狀，第2電極配置成僅僅在第1和第2邊沿部分處與第1電極交叉。由于當?shù)?和第2電極的邊沿部分作成為當平行移動時則相互重疊的形狀，故即便是與引出電極部分垂直的方向上產(chǎn)生了定位誤差，二電極的相對面積也不會變化，因而各個電極間的靜電電容變成為恒定。因此，可以降低靜電電容式傳感器小型化時的不均勻性。
在這種情況下，第2電極也可以作成為具有從第1邊沿部分朝向外側(cè)切個缺口形成的第1切口部分，和從第2邊沿部分朝向外側(cè)切個缺口形成的第2切口部分。
此外，第2電極的第1和第2邊沿部分的尺寸和配置，也可以根據(jù)定位誤差的最大值決定。借助于此，可以確實地得到上述效果。
此外，第2電極的第1邊沿部分既可以形成為與第1電極的電極引出部分垂直的直線狀，也可以形成為圓弧狀。特別是倘邊沿部分形成為圓弧狀，則可以減小二電極的相對面積對旋轉(zhuǎn)方向的定位誤差的變化。因此，可以降低在靜電電容式傳感器中產(chǎn)生的不均勻性。
上邊所說的靜電電容式傳感器，在作為整體第1電極比第2電極小的情況下，第1電極含有直線狀的電極引出部分和在與該電極引出部分不同的一側(cè)形成的第3邊沿部分，第2電極含有僅僅與第1電極的電極引出部分交叉的第1邊沿部分和形成為與第1電極的電極引出部分相同的寬度且平行切成缺口并僅僅與第1電極的電極引出部分交叉的第3缺口部分，第1和第3邊沿部分，作成為當平行移動時則相互重疊的形狀，第2電極也可以配置成僅僅在第1邊沿部分處和第3缺口處與第1電極交叉。借助于此，即便是在與電極引出部分垂直的方向上產(chǎn)生了定位誤差，由電極引出部分形成的二電極的相對面積的增減，也可用第3缺口補償。此外，由于當?shù)?和第3邊沿部分作成為當平行移動時則相互重疊的形狀，故即便是在與電極引出部分垂直的方向上產(chǎn)生了定位誤差，二電極的相對面積也不會變化。因此，可以降低在小型的靜電電容式傳感器上產(chǎn)生的不均勻性。
在這種情況下，第1電極也可以具備含有第3邊沿部分的突出部分，第2電極也可以具備從第1邊沿部分朝向外側(cè)切成缺口形成的第1缺口部分。
此外，第2電極的第1和第3邊沿部分的尺寸和配置以及第3邊沿部分的尺寸，也可以根據(jù)定位誤差的最大值決定。借助于此，可以確實地得到上述效果。
在這里，第2電極的第1邊沿部分，也是既可以形成為與第1電極的電極引出部分垂直的直線狀，也可以形成為圓弧狀。倘邊沿部分形成為圓弧狀，則可以得到與上邊所說的同樣的效果。
上邊所說的靜電電容式傳感器，第1和第2電極作為整體都作成為長方形，第1和第2電極的長邊分別形成得比第2和第1電極的短邊長，第1和第2電極也可以配置為使第1電極的較長方向和較短方向的對稱線分別與第2電極的較短方向和較長方向的對稱線重疊。借助于此，即便是在各個電極平行的方向上產(chǎn)生了定位誤差，由于二電極的相對面積不會變化，故各個電極間的靜電電容也將變成為恒定。因此，可以降低靜電電容式傳感器小型化時的不均勻性。
在這種情況下，第1和第2電極的尺寸，也可以根據(jù)定位誤差的最大值決定。因此，可以確實地得到上述的效果。
上邊所說的靜電電容式傳感器，在作為整體第1電極比第2電極小的情況下，第1電極含有直線狀的電極引出部分，第2電極具備含有與第1電極的電極引出部分平行的2個邊沿部分的第4缺口部分，第1電極也可以配置為使電極引出部分與第2電極不交叉。借助于此，二電極的相對面積就會大體上變成為恒定而與定位誤差無關(guān)，所以，可以降低在靜電電容式傳感器上產(chǎn)生的不均勻性。
在這種情況下，第2電極的第4缺口部分的尺寸，也可以根據(jù)定位誤差的最大值決定。因此，可以確實地得到上述的效果。
此外，第1電極的構(gòu)成例，作為整體作成為帶狀。
附圖的簡單說明圖1的斜視圖示出了本發(fā)明的靜電電容式傳感器的實施例1的構(gòu)成。
圖2的剖面圖示出了圖1所示的靜電電容式傳感器的II-II’線方向的剖面。
圖3(a)是用來說明固定電極10a的形狀和尺寸的說明圖，圖3(b)是用來說明可動電極20a的形狀和尺寸的說明圖，圖3(c)用來定義方向。
圖4(a)的示意圖示出了在用圖3(c)定義的x方向是產(chǎn)生了定位誤差的情況下的固定電極10a和可動電極20a之間的位置關(guān)系，圖4(b)同樣是在-x方向上產(chǎn)生了定位誤差的情況下的固定電極10a和可動電極20a之間的位置關(guān)系。
圖5的示意圖示出了在用圖3(c)定義的y方向上產(chǎn)生了定位誤差的情況下的固定電極10a與可動電極20a之間的位置關(guān)系。
圖6的平面圖示出了固定電極10a和可動電極20a的另外的形狀和配置。
圖7的平面圖示出了固定電極10a和可動電極20a的除此之外的另外的形狀和配置。
圖8的平面圖示出了本發(fā)明的靜電電容式傳感器的實施例2的固定電極和可動電極。
圖9(a)是用來說明固定電極10b的形狀和尺寸的說明圖，圖9(b)是用來說明可動電極20b的形狀和尺寸的說明圖。
圖10的平面圖示出了本發(fā)明的靜電電容式傳感器的實施例3的固定電極和可動電極。
圖11的平面圖示出了本發(fā)明的靜電電容式傳感器的實施例4的固定電極和可動電極及配置。
圖12是用來說明圖11所示的可動電極20d的形狀和尺寸的說明圖。
圖13的斜視圖示出了現(xiàn)有的靜電電容式傳感器的構(gòu)成。
圖14的剖面圖示出了圖13所示的靜電電容式傳感器的XIV-XIV線方向的剖面。
圖15(a)、(b)的示意圖示出了產(chǎn)生了定位誤差的情況下的固定電極110和可動電極120之間的位置關(guān)系。
優(yōu)選實施例以下，用附圖詳細地說明本發(fā)明的實施例。
本發(fā)明的靜電電容式傳感器，與現(xiàn)有的靜電電容式傳感器一樣，可以用來測定各種物理量和化學(xué)量，但在這里以把本發(fā)明應(yīng)用到壓力傳感器中的情況為例進行說明。
圖1的斜視圖示出了本發(fā)明的靜電電容式傳感器的實施例1的構(gòu)成。
如圖1所示，在臺座基板1的一個面上形成有凹部。該臺座基板1用凹部周邊的凸緣1a與隔板基板2進行接合。借助于此，凹部被隔板基板2封閉，形成電容室3。
臺座基板1和隔板基板2，例如可以用藍寶石玻璃等的絕緣材料形成。與隔板基板2的電容室3接合的部分(可動部分2a)形成為根據(jù)所加壓力P進行上下變位那樣的厚度。
在電容室3的臺座基板1一側(cè)，配置固定電極(第1電極)10a，在隔板基板2一側(cè)，即在隔板基板2的可動部分2a上配置可動電極(第2電極)20a。固定電極10a和可動電極20a，分隔為互不接觸，而且平行地進行配置。
固定電極10a和可動電極20a分別連接到配置在臺座基板1的背面的信號處理部分4的輸入一側(cè)。
當給隔板基板2加上壓力P時，隔板基板2的可動部分2a就與該壓力P對應(yīng)地發(fā)生變位。由于可動電極20a與可動部分2a連動地進行變位，故固定電極10a和可動電極20a之間的間隙發(fā)生變位，二電極10a、20a間的靜電電容發(fā)生變化。根據(jù)這時的電容值用信號處理部分4計算壓力P。
另外，在圖1所示的靜電電容式傳感器中，為了形成電容室3，在臺座基板1上形成了凹部，但是，既可以用在臺座基板1和隔板基板2中的至少一方上形成凹部的方法形成電容室3，也可以在兩基板1和2之間，用插入間隔層的方法形成電容室3。
圖2的剖面圖示出了圖1所示的靜電電容式傳感器的II-II’線方向的剖面。
固定電極10a由電極部分11、電極引出部分12和突出部分13構(gòu)成。此外，可動電極20a由電極部分21a和電極引出部分22構(gòu)成。
固定電極10a的電極部分11形成固定電極10a的本體，可動電極20a的電極部分21a形成可動電極20a的本體。各個電極部分11和21a分別作為整體形成為圓形。此外，固定電極10a的電極部分11在整個圓周范圍內(nèi)形成得比可動電極20a的電極部分21a小。
在電容室3的臺座基板1一側(cè)，取出固定電極10a形成用來連接到圖1所示的信號處理部分4上的電極焊盤13。該電極焊盤13在面對可動電極20a的區(qū)域外面形成。
在固定電極10a的電極部分11的電極焊盤13一側(cè)，形成電極引出部分12。借助于該電極引出部分12，電極部分11與電極焊盤13連接。此外，在固定電極10a的電極部分11上，在與電極引出部分12相反的一側(cè)形成突出部分14。
另一方面，在電容室3的隔板基板2一側(cè)，取出可動電極20a形成用來連接到信號處理部分4上的電極焊盤23。可動電極20a的電極部分21a借助于電極引出部分22與電極焊盤23連接。
此外，在可動電極20a的電極部分21a的周緣部分形成有2個缺口部分。第1缺口部分24，可以采用切掉與固定電極10a的電極引出部分12面對部分的一部分的辦法形成，第2缺口部分25可以采用切掉與固定電極10a的突出部分14面對部分的一部分的辦法形成。
在含有電極引出部分12和突出部分14的固定電極10a和可動電極20a之間的相對部分處形成靜電電容。
圖3(a)是用來說明固定電極10a的形狀和尺寸的說明圖，圖3(b)是用來說明可動電極20a的形狀和尺寸的說明圖，圖3(c)用來定義方向。
為便于說明，如圖3(c)所示，把從電極焊盤13朝向固定電極10a的電極部分11的方向定義為x方向，把使x方向左旋90度的方向定義為y方向。此外，假定±x方向和±y方向的定位誤差的最大值都是δ。另外，在后述的圖9和圖12中也與圖3(c)一樣，在定義x方向和y方向的同時，把x方向和y方向的各自的定位誤差假定為δ。
首先，參照圖3(a)對固定電極10a進行說明。
固定電極10a的電極引出部分12形成為直線狀。該電極引出部分12的寬度設(shè)為w。
此外，突出部分14在電極引出部分12的延長線上邊形成為直線狀。突出部分14形成為與電極引出部分12同樣的寬度。突出部分14的長度L1將在后邊說明。
其次，參照圖3(b)說明可動電極21a。11’是與固定電極10a的電極部分11的相對區(qū)域。
在可動電極20a的電極部分21上形成的缺口部分24含有邊沿部分24a、24b、24c。邊沿部分24a(第1邊沿部分)形成為與固定電極10a的電極引出部分12垂直的直線狀。缺口部分24在與區(qū)域11’相反的一側(cè)(即外側(cè))，與電極引出部分12平行地從邊沿部分24a上切掉。缺口部分24的寬度W，被設(shè)定為w+2δ(固定電極10a的電極引出部分12的寬度w)+[y方向的最大定位誤差δ]+[-y方向的最大定位誤差δ]以上的值。
同樣，缺口部分25含有邊沿部分25a、25b、25c。邊沿部分25a(第2邊沿部分)形成為與固定電極10a的電極引出部分14垂直的直線狀。缺口部分25在與區(qū)域11’相反的一側(cè)(即外側(cè))，與突出部分14平行地從邊沿部分24a上切掉。缺口部分25的寬度W，也被設(shè)定為w+2δ以上的值。
缺口部分24的邊沿部分24a與固定電極10a的電極部分11的相對區(qū)域11’至少隔開具有-x方向的最大定位誤差δ的距離d來形成。同樣，缺口部分25的邊沿部分25a與固定電極10a的電極部分11的相對區(qū)域11’至少隔開具有x方向的最大定位誤差δ的距離d來形成。
此外，固定電極10a的突出部分14的長度L1，被設(shè)定為d+δ以上的值。
這樣形成的各個電極10a和20a被配置為使得固定電極10a的電極引出部分12在可動電極20a的邊沿部分24a的中點處進行交叉的同時，使固定電極10a的突出部分14在可動電極10a的邊沿部分25a的中點處進行交叉。因此，固定電極10a被配置為僅僅在電極引出部分12和突出部分14處與可動電極交叉，可動電極20a則被配置為僅僅在邊沿部分24a和25a處與固定電極10a進行交叉。
圖4(a)的示意圖示出了在圖3(c)中定義的x方向上產(chǎn)生了定位誤差的情況下的固定電極10a與可動電極20a之間的位置關(guān)系，圖4(b)同樣示出了在-x方向上產(chǎn)生了定位誤差的情況下的固定電極10a與可動電極20a之間的位置關(guān)系。
如圖4(a)所示，在對于固定電極10a來說在x方向上產(chǎn)生了δ的定位誤差的情況下，固定電極10a與可動電極20a之間的相對面積，僅僅增加在電極引出部分12中用虛線圍起來的部分12a那么大的量，僅僅減少在突出部分14中用虛線圍起來的部分14b那么大的量。這時，固定電極10a的電極部分11不會伸出到可動電極20a的相對區(qū)域之外。
電極引出部分12和突出部分14在同一直線上邊形成，而且具有相同的寬度，故二電極10a和20a的相對面積增加的部分12a和減少的部分14b的面積相同。因此，由電極引出部分12引起的相對面積的變化可以用突出部分14進行補償，故相對面積不變化。
此外，如圖4(b)所示，在對于固定電極10a來說在-x方向上產(chǎn)生了δ的定位誤差的情況下，二電極10a與20a之間的相對面積，僅僅增加在突出部分14中用虛線圍起來的部分14a那么大的量，僅僅減少在電極引出部分12中用虛線圍起來的部分14b那么大的量。這時，固定電極10a的電極部分11也不會伸出到可動電極20a的相對區(qū)域之外。此外，突出部分11的頂端或是殘留在可動電極20a的相對區(qū)域內(nèi)，或是至少與邊沿部分25交叉。為此，二電極10a和20a的相對面積不變化。
圖5的示意圖示出了在圖3(c)中定義的y方向到產(chǎn)生了定位誤差的情況下的固定電極10a和可動電極20a之間的位置關(guān)系。
如圖5所示，在對于固定電極10a在y方向上產(chǎn)生了δ的定位誤差的情況下，由于可動電極20a的各個缺口部分24和25的邊沿部分24a和25a平行地形成，故二電極10a和20a的相對面積不變化，對于在-y方向上產(chǎn)生了δ的定位誤差的情況也是一樣的。
如上所述，由于對于x方向、y方向及其組合的定位誤差，可以除去由固定電極10a的電極引出部分12引起的影響，故二電極10a和20a的相對面積不會變化，各個電極10a、20a間的靜電電容變成為恒定。
另外，在可動電極20a的電極部分21a上形成的缺口部分24，可以形成為使得僅僅在邊沿部分24a處與固定電極10a的電極引出部分12交叉。因此，缺口部分24，例如邊沿部分24b和24c中的每個都可以是與邊沿部分24a成鈍角的那樣的形狀。對于缺口部分25也是一樣的。
圖6的平面圖示出了圖1所示的固定電極10a和可動電極20a的另外的形狀和配置。
如圖6所示，固定電極10a的突出部分14，也可以在與電極引出部分12不同的一側(cè)與電極引出部分12平行地形成。
在這種情況下，可動電極20a的缺口部分25也可以形成為僅僅在邊沿部分25a處與固定電極10a的突出部分14交叉。
圖7的平面圖示出了圖1所示的固定電極10a和可動電極20a的其它的形狀和配置。
在可動電極20a上形成的各個缺口部分24和25的邊沿部分24a和25a，可以是若平行移動則相互重疊的形狀。因此，如圖7所示，各個邊沿部分24a、25a也可以是圓弧狀的邊沿部分24d、25d。這里所說的圓弧狀，是與可動電極20a的電極部分21a形成同心圓的圓的一部分的圓周。
采用使各個邊沿部分24a、25a作成為圓弧狀的邊沿部分24d、25d的辦法，即便是產(chǎn)生了在圖7中用箭頭表示的旋轉(zhuǎn)方向的定位誤差的情況下，也可以抑制由此引起的二電極10a和20a的相對面積的變化。
圖8的平面圖示出了本發(fā)明的靜電電容式傳感器的實施例2的固定電極和可動電極。在圖8中，對于與圖1～圖7同一或相當?shù)牟糠仲x予同一標號，而適當略去其說明。對于后述的附圖也與此相同。
固定電極10b由電極部分11、電極引出部分12、突出部分15構(gòu)成。此外，可動電極20b由電極部分21b、電極引出部分22構(gòu)成。
再有，在可動電極20b的電極部分21b上形成有第1缺口部分24和第3缺口部分26。第3缺口部分26可以采用切掉與固定電極10b的突出部分15相對部分的一部分的辦法形成。
用含有電極引出部分12和突出部分15的固定電極10b和可動電極20b之間的相對部分形成靜電電容。
圖9(a)是用來說明圖8所示的固定電極10b的形狀和尺寸的說明圖，圖9(b)是用來說明圖8所示的可動電極10b的形狀和尺寸的說明圖。
首先，對可動電極20b的構(gòu)成進行說明。
如圖9(b)所示，可動電極20b的電極部分21b缺口部分26可以形成為與固定電極10b的電極引出部分12平行地、帶狀地切成缺口。缺口部分26與電極引出部分12形成相同的寬度w。此外，缺口部分的長度L3設(shè)定為2δ([x方向的最大定位誤差δ]+[-x方向的最大定位誤差δ]以上的值。
其次，對固定電極10b的構(gòu)成進行說明。
如圖9(a)所示，固定電極10b的突出部分15，作為整體形成矩形形狀，含有邊沿部分15a、15b、15c。邊沿部分(第3邊沿部分)15a位于與電極引出部分12不同的一側(cè)，形成為與固定電極20b的缺口部分26垂直的直線狀。邊沿部分15b是與電極部分11脫離開來的一側(cè)的邊沿部分，邊沿部分15c是與電極引出部分12同側(cè)的邊沿部分。
突出部分15的寬度(即邊沿部分15a、15c的長度)被設(shè)定為與可動電極20b的缺口部分24的寬度W相同的值。此外，突出部分15的長度(即邊沿部分15b的長度)L2，被設(shè)定為缺口部分26的長度L3以上的值。
然而，可動電極20b的缺口部分26與固定電極10b的邊沿部分15a交叉，且形成于與固定電極10b的突出部分15在x方向上僅僅重疊δ的位置上。此外，在圖9(b)所示的缺口部分26的情況下，形成為與固定電極10b的電極部分11的相對區(qū)域11’至少隔開y方向的最大定位誤差δ的距離d。
這樣形成的各個電極10b和20b配置為使得固定電極10b的電極引出部分12在可動電極20b的邊沿部分24a的中點處進行交叉的同時，可動電極20b的缺口部分26在固定電極10b的第3邊沿部分15a的中點處進行交叉。借助于此，可動電極20b僅僅在邊沿部分24a和缺口部分26處與固定電極10b交叉，此外，可動電極20b的邊沿部分24則被配置為使得僅僅與固定電極10b電極引出部分12交叉，可動電極20b的缺口部分26僅僅與固定電極10b的邊沿部分15a交叉。
這時，即便是對于固定電極10b來說，在±x方向上產(chǎn)生了δ的定位誤差，固定電極10b的突出部分15，也僅僅在邊沿部分15a處與可動電極20b的缺口部分26交叉。因此，固定電極10b的電極引出部分12與可動電極20b之間的相對面積的變化，可以用固定電極10b的突出部分15和可動電極20b的缺口部分26進行補償，故二電極10b和20b的相對面積不變化。
此外，即便是對于固定電極10b來說在±y方向上產(chǎn)生了δ的定位誤差，可動電極20b的缺口部分26也不會在從固定電極10b的突出部分15的邊沿部分15b一側(cè)伸出來的同時與固定電極10b的電極部分11相對。因此，二電極10b和20b的相對面積不變化。
如上所述，由于對于x方向、y方向及其組合的定位誤差，可以除去由固定電極10a的電極引出部分12引起的影響，故二電極10a和20a的相對面積不會變化，各個電極10a、20a間的靜電電容變成為恒定。
另外，固定電極10b的突出部分15和可動電極20b的缺口部分26，可以形成為使得僅僅在突出部分15的邊沿部分15a一側(cè)進行交叉。因此，突出部分15和缺口部分26，例如，也可以對于固定電極10b的電極引出部分12來說在相反的一側(cè)形成。
此外，突出部分15的邊沿部分15a，只要作成為倘若使之和在可動電極20b上形成的缺口部分24的第1邊沿部分24a平行移動則進行重疊的形狀即可。因此，各個邊沿部分15a、24a也可以是圓弧狀。
圖10的平面圖示出了本發(fā)明的靜電電容式傳感器的實施例3的固定電極和可動電極。
固定電極10c由電極部分17和電極引出部分12構(gòu)成。此外，可動電極20c由電極部分27和電極引出部分22構(gòu)成。
固定電極10c，電極部分17形成長方形，在電極部分17的短邊之一上形成電極引出部分12。對于可動電極20c來說，也是同樣的。
但是，固定電極10c的電極部分17的長邊，則形成得比可動電極20c的電極部分27的短邊至少長2δ。對于可動電極20c來說，也是同樣的。
各個電極10c和20c被配置為使得各個電極部分17的較長方向和較短方向的對稱線與電極部分27的較短方向和較長方向的對稱線重疊。
借助于此，對于x方向、y方向及其組合的定位誤差來說，二電極10c和20c的相對面積不會變化。由于在各個電極10c和20c的電極部分17和27的相對部分處形成靜電電容，故即便是發(fā)生了定位誤差，各個電極10c和20c間的靜電電容也將變成為恒定。
另外，對于靜電電容，雖然也可以考慮各個電極部分17和27的不相對的部分所產(chǎn)生的影響，但這些影響可以忽略不計。
圖11的平面圖示出了本發(fā)明的靜電電容式傳感器的實施例4的固定電極和可動電極的形狀和配置。在圖11中示出了電極形狀的靜電電容式傳感器，是在圖1所示的靜電電容式傳感器中作為構(gòu)成要素加上了固定電極30的傳感器。
固定電極10a，其電極部分11配置于圖1所示的電容室3的臺座基板1一側(cè)中央部分，起著傳感器電極的作用。此外，固定電極30，其電極部分31配置在電容室3的臺座基板1一側(cè)周緣部分，起著參考電極的作用。另一方面，可動電極20d配置在電容室3的隔板基板2一側(cè)，對于固定電極10a和30來說，起著公用公共電極的作用。
各個電極10a、20d、30，中間經(jīng)由各個電極焊盤13、23、33，連接到圖1所示的信號處理部分4上。
另外，在壓力傳感器的情況下，在電極30、20d間產(chǎn)生的參考電容，在電極10a、20d間的濕度等發(fā)生變化之際，可以用來修正因電極10a、20d間的介電系數(shù)發(fā)生變化所引起的傳感器電容的變化。
圖11所示的固定電極10a，由于和圖1所示的固定電極10a是一樣電極，故略去對其說明。
可動電極20d由電極部分21d和電極引出部分22構(gòu)成。固定電極30由電極部分31和電極引出部分32構(gòu)成。
可動電極20d的電極部分21d，作為整體作成為圓形。此外，在電極部分21d的周緣部分上，形成有第1缺口部分24、第2缺口部分25和第4缺口部分28。缺口部分28采用切掉與固定電極30的電極引出部分32相對部分及其周邊部分的辦法形成。
固定電極30的電極部分31形成為含有圓弧的帶狀(寬度w2)。這里所說的圓弧，指的是與可動電極20d的電極部分21d形成同心圓的圓的一部分的圓周。固定電極30的電極引出部分32形成為直線狀(寬度w1)。
用固定電極30和可動電極20d之間的相對部分形成電容。
圖12是用來說明圖11所示的可動電極20d的形狀和尺寸的說明圖。在圖12中，31’是固定電極30的電極部分31的相對區(qū)域。
可動電極20d的電極部分21d的缺口部分28包括邊沿部分28a、28b、28c。邊沿部分28a，與固定電極10a的電極部分11的相對區(qū)域11’至少隔開距離d形成為圓弧狀。這里所說的圓弧狀，指的是與可動電極20d的電極部分21d形成同心圓的圓的一部分的圓周。
缺口部分28，用從邊沿部分28a在與相對區(qū)域11’相反的一側(cè)，與固定電極30的電極引出部分32平行地帶狀地切個缺口的辦法形成。因此，缺口部分28的邊沿部分28b和28c各自形成為與固定電極30的電極引出部分32平行。
缺口部分28形成為與缺口部分24和25的寬度w相同的寬度。此外，缺口部分28的長度(即邊沿部分28b和28c的長度)，被設(shè)定為w2+2δ([固定電極30的電極部分31的寬度w2]+[y方向的最大定位誤差δ]+[-y方向的最大定位誤差δ])以上的值。
這樣形成的各個電極20d和30配置為使固定電極30的電極引出部分32與可動電極20d的缺口部分28的對稱線重疊，同時，使固定電極30的電極部分31在可動電極20d邊沿部分28b和28c各自的中點處交叉。
這時，即便是對于固定電極30來說在±x方向上產(chǎn)生了定位誤差，固定電極30的電極引出部分32也不會與可動電極20d的電極部分21d相對。此外，二電極20d和30的電極部分21d和31的相對面積，在電極部分31的一方的一側(cè)增加，而在另一方一側(cè)則減少。這時的相對面積的增加量和減少量大體上相等。因此，二電極20d和30的相對面積變成為大體上恒定。
此外，即便是對于固定電極30來說在±y方向上產(chǎn)生了δ的定位誤差，固定電極30和可動電極20d也僅僅在邊沿部分28b和28c處交叉。就是說，固定電極30的電極部分31既不會從可動電極20d的電極部分21d的周緣伸出來，也不會越過可動電極20d的邊沿部分28a。因此，二電極10a和20d的相對面積不會變化。
如上所述，對于x方向、y方向及其組合的定位誤差來說，各個電極20d和30間的靜電電容將變成為大體上恒定。
另外，在圖1所示的靜電電容式傳感器中，固定電極10a的電極部分11雖然形成得比可動電極20a的電極部分21a小(在這種情況下，固定電極10a是第1電極，可動電極20a是第2電極)，但固定電極10a的電極部分11也可以形成得比可動電極20a的電極部分21a大(在這種情況下，固定電極10a是第2電極，可動電極20a是第1電極)。在這種情況下，采用把固定電極10a作成為圖3(b)所示的形狀，把可動電極20a作成為圖3(a)所示的形狀的辦法，可以得到與圖1所示的靜電電容式傳感器相同的效果。對于分別在圖8和圖11中所示的靜電電容式傳感器也是同樣的。
此外，圖1所示的靜電電容式傳感器的各個電極10a和20a，也可以應(yīng)用到構(gòu)成如下的靜電電容式傳感器中去。該靜電電容式傳感器具有二組電容器構(gòu)造，對于施加到圖1所示的隔板基板2上的壓力P來說，使一方的電容器構(gòu)造中的靜電電容增加，另一方的電容器構(gòu)造中的靜電電容減少。對于分別在圖8和圖10中所示的各個電極10b、10c和20b、20c來說也是同樣的。
但是，在具有該二組電容器構(gòu)造的靜電電容式傳感器中，在用圖11所示的各個電極10a、20d、30構(gòu)成一方的電容器構(gòu)造的情況下，就必須用圖1、圖8或圖10所示的各個電極10a～10c，20a～20c構(gòu)成另一方的電容器構(gòu)造。
工業(yè)上利用的可能性如上所述，本發(fā)明的靜電電容式傳感器，對于具有可以借助于定位誤差使相對面積變化的二電極的靜電電容式傳感器是有用的。此外，本發(fā)明的靜電電容式傳感器，除去在實施例1～4中說明的壓力傳感器之外，還可以應(yīng)用到溫度、濕度、變位、變量、加速度等的測定各種物理量和化學(xué)量的傳感器中去。
權(quán)利要求
1.一種靜電電容式傳感器，具備第1和第2電極，該二電極被相對配置為相互不接觸，且使兩者之間的間隙相應(yīng)于被檢測量的變化而變化；信號處理部分，分別連接到上述第1和第2電極上，且根據(jù)在上述第1和第2電極間形成的靜電電容來計算上述被檢測量，其特征是上述第1電極，具備根據(jù)與上述第1電極平行的方向上產(chǎn)生的定位誤差而使與上述第2電極之間的相對面積增加的部分和減少的部分；這些部分具有相同的面積。
2.權(quán)利要求1所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1電極，作為整體比上述第2電極小。
3.權(quán)利要求2所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1電極含有直線狀的電極引出部分；配置在與該電極引出部分不同的一側(cè)，與上述電極引出部分寬度相同且平行形成的突出部分；上述第1電極配置為僅僅在上述電極引出部分和上述突出部分處與上述第2電極交叉。
4.權(quán)利要求3所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1電極突出部分的長度，根據(jù)上述定位誤差的最大值決定。
5.權(quán)利要求3所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第2電極具備與上述第1電極的電極引出部分交叉的第1邊沿部分；與上述第1電極的突出部分交叉的第2邊沿部分，上述第1和第2邊沿部分，作成為當平行移動時則相互重疊的形狀，上述第2電極配置成僅僅在上述第1和第2邊沿部分處與上述第1電極交叉。
6.權(quán)利要求5所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第2電極具備從上述第1邊沿部分朝向外側(cè)切個缺口形成的第1切口部分；從上述第2邊沿部分朝向外側(cè)切個缺口形成的第2切口部分。
7.權(quán)利要求5所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第2電極的第1和第2邊沿部分的尺寸和配置，根據(jù)上述定位誤差的最大值決定。
8.權(quán)利要求5所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第2電極的第1邊沿部分形成為與上述第1電極的電極引出部分垂直的直線狀。
9.權(quán)利要求5所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第2電極的第1邊沿部分形成為圓弧狀。
10.權(quán)利要求2所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1電極含有直線狀的電極引出部分；在與上述電極引出部分不同的一側(cè)形成的第3邊沿部分，上述第2電極含有僅僅與上述第1電極的電極引出部分交叉的第1邊沿部分；與上述第1電極的電極引出部分寬度相同且平行地切個缺口地形成，且僅僅與上述第1電極的第3邊沿部分交叉的第3缺口部分，第1和第3邊沿部分，作成為當平行移動時則相互重疊的形狀，上述第2電極被配置為僅僅在上述第1邊沿部分和上述第3缺口部分處與上述第1電極交叉。
11.權(quán)利要求10所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1電極包括含有上述第3邊沿部分的突出部分，上述第2電極具備從上述第1邊沿部分朝向外側(cè)切個缺口形成的第1缺口部分。
12.權(quán)利要求10所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1邊沿部分和上述第3缺口部分的尺寸和配置以及上述第3邊沿部分的尺寸，根據(jù)上述定位誤差的最大值決定。
13.權(quán)利要求10所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第2電極的第1邊沿部分，形成為與上述第1電極的電極引出部分垂直的直線狀。
14.權(quán)利要求10所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第2電極的第1邊沿部分，形成為圓弧狀。
15.權(quán)利要求1所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1和第2電極，作為整體都作成為長方形；上述第1和第2電極的長邊，分別形成得比上述第2和第1電極的短邊長；上述第1和第2電極，被配置為使上述第1電極的較長方向和較短方向的對稱線分別與上述第2電極的較短方向和較長方向的對稱線重疊。
16.權(quán)利要求15所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1和第2電極的尺寸，根據(jù)上述定位誤差的最大值決定。
17.權(quán)利要求2所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1電極含有直線狀的電極引出部分，上述第2電極具備含有與上述第1電極的電極引出部分平行的2個邊沿部分的第4缺口部分，上述第1電極被配置為使上述電極引出部分與上述第2電極不交叉。
18.權(quán)利要求17所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第2電極的第4缺口部分的尺寸，根據(jù)上述定位誤差的最大值決定。
19.權(quán)利要求17所述的靜電電容式傳感器，其特征是上述第1電極，作為整體形成為帶狀。
全文摘要
一種靜電電容式傳感器,具備被相對配置為相互不接觸,且使兩者的間隙相應(yīng)于被檢測量的變化而變化的第1電極(10a、20b、10c、30)和第2電極(20a、20b、20c、20d),以及根據(jù)在這些第1和第2電極間形成的靜電電容來計算上述被檢測量的信號處理部分4,其特征是:第1電極具備因與第1電極平行的方向(x,y)上產(chǎn)生的定位誤差而使與第2電極之間的相對面積增加的部分(12a、12b)和減少的部分(12b、14b),這些部分具有相同的面積。
文檔編號G01L1/14GK1273633SQ99801122
公開日2000年11月15日 申請日期1999年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月9日
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