JP5251498B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、センサチップのうち圧力媒体の圧力を検出可能なセンシング部を含む部位が圧力導入通路内に露出する圧力センサに関するものである。

従来より、センサチップのうち圧力媒体の圧力を検出可能なセンシング部を含む部位が圧力導入通路内に露出する圧力センサとして、例えば、下記特許文献１に開示される半導体圧力センサがある。この半導体圧力センサのセンサチップは、台座用ガラスの上にシリコン基板を設け、このシリコン基板の被測定媒体（圧力媒体）と接触する部位に、被測定媒体の圧力に応じて変位するダイアフラム部を形成してなるセンシング部を備えている。そして、センサチップのうちセンシング部を含む部位のみが被測定媒体中に露出するように、センサチップとハウジングとの間が低融点ガラスからなる封止部材で気密封着されている。
特許第２７９２１１６号公報

ところで、上記特許文献１に開示される圧力センサでは、センサチップは、封止部材が接着剤として機能することでハウジングに支持されるため、センサチップと封止部材との接触面積が小さい場合には、両部材間の接着強度が小さくなり、ハウジングに対するセンサチップの支持強度が小さくなってしまうという問題がある。

一方、センサチップの表面に溝等を形成することで、センサチップと封止部材との接触面積を大きくして両部材間の接着強度を高めると、溝等の形状によっては封止部材を介してセンサチップに作用する応力がノイズとして影響する場合があり、このような場合には、センサチップの圧力検出精度が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、センサチップの支持強度を高めるとともにセンサチップへのノイズの影響を抑制し得る圧力センサを提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の圧力センサでは、圧力媒体の圧力を検出可能なセンシング部を有するセンサチップと、前記圧力媒体を導入するための圧力導入通路が形成されるケースと、前記センサチップのうち前記センシング部が前記圧力導入通路内に露出するように当該センサチップと前記ケースとの間に介在される封止部材と、を備える圧力センサであって、前記センシング部は、前記圧力媒体の圧力と密閉される圧力基準室の基準圧力との圧力差に基づくダイアフラムの変位に応じた信号を出力可能な複数の歪みゲージを有するように構成され、前記各歪みゲージが形成される一側面の面方位が（１１０）面であり、当該各歪みゲージが＜１１０＞結晶軸方向に沿って配置され、前記センサチップの表面であって前記封止部材に接触する部位には、前記＜１１０＞結晶軸方向に沿うセンサチップ側溝が複数形成されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の圧力センサにおいて、前記各センサチップ側溝は、前記センサチップの表面のうち前記一側面に対向する他側面に対して前記各歪みゲージがそれぞれ投影される各投影部を除くように形成されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の圧力センサにおいて、前記各センサチップ側溝は、隣接するセンサチップ側溝間の部位の１つに前記各投影部が全て投影されるように形成されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧力センサにおいて、前記センサチップは、前記各センサチップ側溝が前記圧力導入通路に対して直交するように前記封止部材を介して支持されることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載の圧力センサにおいて、前記センサチップには、前記各センサチップ側溝の一部を連結する連結溝が形成されることを特徴とする。

請求項６の圧力センサでは、圧力媒体の圧力を検出可能なセンシング部を有するセンサチップと、前記圧力媒体を導入するための圧力導入通路が形成されるケースと、前記センサチップのうち前記センシング部が前記圧力導入通路内に露出するように当該センサチップと前記ケースとの間に介在される封止部材と、を備える圧力センサであって、前記センシング部は、前記圧力媒体の圧力と密閉される圧力基準室の基準圧力との圧力差に基づくダイアフラムの変位に応じた信号を出力可能な複数の歪みゲージを有するように構成され、前記各歪みゲージが形成される一側面の面方位が（１００）面であり、当該各歪みゲージが＜１１０＞結晶軸方向に沿って配置され、前記センサチップの表面であって前記封止部材に接触する部位には、格子状の溝が形成されることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧力センサにおいて、前記センサチップは、前記各歪みゲージが形成される薄肉部を有する第１の基板と凹部が形成される第２の基板とを備えており、前記センシング部は、前記薄肉部と前記凹部を近接させるように前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせることで前記薄肉部および前記凹部により前記圧力基準室が形成され、この圧力基準室の圧力と前記圧力媒体の圧力との圧力差に基づき前記ダイアフラムとして機能する前記薄肉部の変位に応じた信号を前記各歪みゲージから出力するように構成されることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の圧力センサにおいて、前記ケースは、その外周部に当該ケースを締結させるための締結部が形成されるとともに、この締結部と前記封止部材を介して前記センサチップに対向する部位との間にスリットが設けられることを特徴とする。

請求項１の発明では、複数の歪みゲージが形成される一側面の面方位が（１１０）面であり、当該各歪みゲージが＜１１０＞結晶軸方向に沿って配置されている。そして、センサチップの表面であって封止部材に接触する部位には、＜１１０＞結晶軸方向に沿うセンサチップ側溝が複数形成されている。なお、＜１１０＞結晶軸方向に沿う複数の突起をセンサチップの表面に設けることで、隣接する突起間を上記センサチップ側溝として構成してもよい。

これにより、封止部材が各センサチップ側溝内に入り込むので、センサチップと封止部材との接触面積が大きくなり、ケースに対するセンサチップの支持強度を高めることができる。また、封止部材を介してセンサチップに作用する応力はセンサチップ側溝に沿うように発生するので、各歪みゲージが＜１１０＞結晶軸方向すなわちセンサチップ側溝に沿う方向とは異なる方向に配置される場合と比較して、各歪みゲージに対する封止部材からの応力の影響を低減することができる。
したがって、ケースに対するセンサチップの支持強度を高めるとともにセンサチップへのノイズの影響を抑制することができる。

請求項２の発明では、各センサチップ側溝は、センサチップの表面のうち一側面に対向する他側面に対して各歪みゲージがそれぞれ投影される各投影部を除くように形成されている。これにより、封止部材からの応力が各歪みゲージに伝達され難くなるため、センサチップへのノイズの影響をより抑制することができる。

請求項３の発明では、各歪みゲージは、隣接するセンサチップ側溝間の部位の１つに各投影部が全て投影されるように形成されている。これにより、各投影部がそれぞれ異なるセンサチップ側溝間の部位に投影されるように各歪みゲージが形成される場合と比較して、封止部材からの応力に起因する各歪みゲージへのノイズのバラツキを抑制することができる。

請求項４の発明では、センサチップは、各センサチップ側溝が圧力導入通路に対して直交するように封止部材を介して支持されている。センサチップは、各歪みゲージよりも反圧力導入通路側の部位にて封止部材に接触しているので、封止部材からの応力が各歪みゲージへ伝達される場合、この伝達方向に対して各センサチップ側溝が直交するようにセンサチップが配置されることとなる。これにより、封止部材からの応力が各歪みゲージへ伝達され難くなるので、センサチップへのノイズの影響をより抑制することができる。

請求項５の発明では、センサチップには、前記各センサチップ側溝の一部を連結する連結溝が形成されている。これにより、封止部材が連結溝を介して各センサチップ側溝内に円滑に導入されるため、ケースに対するセンサチップの支持強度を高めることができる。

請求項６の発明では、複数の歪みゲージが形成される一側面の面方位が（１００）面であり、当該各歪みゲージが＜１１０＞結晶軸方向に沿って配置されている。そして、センサチップの表面であって封止部材に接触する部位には、格子状の溝が形成されている。

各歪みゲージは、（１００）面に形成されることから２方向で圧力を検出するので、センサチップの表面に格子状の溝が形成されてもこの溝に起因する封止部材からの応力の影響が抑制される。そして、格子状の溝では、一方向の溝と比較して封止部材が円滑に溝内に導入されるので、ケースに対するセンサチップの支持強度をより高めることができる。

請求項７の発明では、センサチップは、各歪みゲージが形成される薄肉部を有する第１の基板と凹部が形成される第２の基板とを備えている。そして、センシング部は、薄肉部と凹部を近接させるように第１の基板と第２の基板とを貼り合わせることで薄肉部および凹部により圧力基準室が形成され、この圧力基準室の圧力と圧力媒体の圧力との圧力差に基づきダイアフラムとして機能する薄肉部の変位に応じた信号を各歪みゲージから出力するように構成されている。

これにより、２枚の基板を貼り合わせることでセンシング部が形成されるセンサチップを圧力センサに用いた場合でも、ケースに対するセンサチップの支持強度を高めることができるとともに、センサチップへのノイズの影響を抑制することができる。

請求項８の発明では、ケースは、その外周部に当該ケースを締結させるための締結部が形成されるとともに、この締結部と封止部材を介してセンサチップに対向する部位との間にスリットが設けられている。これにより、圧力媒体が導入される被測定部位に対して締結部により締結等される際に、この締結に起因する応力がスリットの変形に応じて吸収されるので、上記締結に起因する応力が封止部材を介してセンサチップに伝達されることを抑制することができる。

以下、本発明に係る圧力センサの各実施形態について図を参照して説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本第１実施形態に係る圧力センサ１０の全体概略断面図である。

圧力センサ１０は、たとえば自動車に搭載され、燃料圧力、エンジンや駆動系の潤滑用オイル圧、あるいはエアコンの冷媒圧、さらには排気ガス圧等の圧力媒体の被測定圧力を検出する圧力センサ等に適用できる。

図１に示すように、圧力センサ１０は、主に、圧力媒体の圧力に応じた電気信号を出力可能なセンシング部４０ａを有するセンサチップ４０と、このセンシング部４０ａからの信号を取り出すためのリード２２を有するコネクタケース２０と、センサチップ４０が接着剤６０を介して支持されて当該センサチップ４０に圧力媒体を導入するための圧力導入通路３１が形成されるハウジング３０と、を備えている。

コネクタケース２０は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂を型成形することにより略円柱状に形成されている。このコネクタケース２０の一端部側２０ａの下端面中央には、コネクタケース２０の収納空間を構成する凹部２１が形成されている。

また、図１に示すように、コネクタケース２０には、センサチップ４０と外部の回路等とを電気的に接続するための複数個の金属製棒状のリード２２が設けられている。各リード２２の一側端部は、センサチップ４０の電極４７とボンディングワイヤ２６を介してそれぞれ電気的に接続されており、それによって、センサチップ４０は、各リード２２を介して外部と電気的に接続可能になっている。例えば、各リード２２の一側端部は、コネクタケース２０の凹部２１の内部に露出し、この露出部にてボンディングワイヤ２６に接続されている。

各リード２２は、例えば、黄銅にＮｉメッキ等のメッキ処理を施した材料よりなり、インサートモールドによりコネクタケース２０と一体に成形されてコネクタケース２０内にて支持されている。

また、図１に示すように、コネクタケース２０の他端部側２０ｂには、開口部２３が形成されており、この開口部２３内に各リード２２の他側端部が突出した形でそれぞれ露出している。

このようにコネクタケース２０の開口部２３に露出する各リード２２の他側端部は、例えば、ワイヤハーネス等の図略の外部配線部材を介して外部回路（車両のＥＣＵ等）に電気的に接続されるようになっている。つまり、コネクタケース２０の他端部側は、各リード２２の他端部とともに、外部との接続を行うための接続部、すなわち、コネクタ部１２として構成されている。

また、コネクタケース２０には、当該コネクタケース２０の凹部２１と外部とを遮断する蓋部２４が設けられている。この蓋部２４は、凹部２１と外部とを連通する開口部を遮蔽するように、コネクタケース２０に対して取り付けられている。

蓋部２４は、特に材質を限定するものではないが、コネクタケース２０と同様の樹脂あるいは金属、セラミックなどよりなり、コネクタケース２０に対して溶着や接着などにより、接合されている。

次に、ハウジング３０について説明すると、このハウジング３０は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料をプレスや切削加工により図１中の上下方向に延びる中空筒状に成形されている。

圧力導入通路３１は、ハウジング３０の中空部として構成されたものである。つまり、圧力導入通路３１は、ハウジング３０の一端部側３０ａおよび他端部側３０ｂにそれぞれ開口部３１ａ，３１ｂを有し、ハウジング３０の内部にて両端部側間３０ａ，３０ｂを連通するように設けられたものである。

また、ハウジング３０の一端部側３０ａの外面には、圧力センサ１０を自動車の適所、例えば、エアコンの冷媒配管や自動車の燃料配管などの被検出体の適所に固定するためのネジ部３２が形成されている。

そして、この被検出体から圧力導入通路３１を介して圧力媒体が導入されるようになっている。この圧力媒体は、例えば、上述したエアコンの冷媒、ガソリンなどのエンジンの燃料、エンジンや駆動系の潤滑用オイル、あるいは排気ガスなどである。

そして、コネクタケース２０の一端部側２０ａは、ハウジング３０の他端部側３０ｂに連結されている。コネクタケース２０とハウジング３０との連結方法は特に限定するものではないが、溶接、接着、かしめなどが挙げられる。

本第１実施形態では、ハウジング３０の他端部側３０ｂにコネクタケース２０の一端部側２０ａが挿入された状態で、ハウジング３０の他端部側３０ｂの一部３３がコネクタケース２０にかしめ固定されている。これにより、コネクタケース２０およびハウジング３０は一体に組み付けられ、本第１実施形態のケース１１が構成されている。

また、ハウジング３０の他端部側３０ｂとコネクタケース２０の一端部側２０ａとの間には、ハウジング３０とコネクタケース２０の間を気密的に封止するためのＯリング２５が配設されている。このＯリング２５は、例えば、シリコンゴム等の弾性材料よりなる。

次に、センサチップ４０の構造について図２および図３を参照して説明する。図２は、図１のセンサチップ４０の詳細断面図である。図３（Ａ）は、第２の板面５２側から見たセンサチップ４０の平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す３Ｂ−３Ｂ線相当の切断面による断面図である。

図２に示すように、センサチップ４０は、第１のシリコン基板４１と第２のシリコン基板４２とを貼り合わせたものである。これら両シリコン基板４１，４２はともに、シリコン半導体よりなる。

ここで、センサチップ４０における第１のシリコン基板４１側の外面としての板面を第１の板面５１、第２のシリコン基板４２側の外面としての板面を第２の板面５２とする。本第１実施形態では、図３（Ａ）に示すように、センサチップ４０は、第１の板面５１の面方位が（１１０）面であり、当該センサチップ４０の長手方向（圧力導入方向）が＜１００＞結晶軸方向に平行になるように形成されている。

両シリコン基板４１，４２の貼り合わせ界面にて、第１のシリコン基板４１側から第２のシリコン基板４２側へ向かって、導電部４３、絶縁層４４ａ、接着層４４ｂが順次介在している。ここで、導電部４３は、後述する歪みゲージ４５、回路部４６、および電極４７を電気的に接続する配線として機能するものである。この導電部４３は、例えばアルミニウムなどよりなる。

絶縁層４４ａおよび接着層４４ｂは、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）などよりなる電気絶縁性の膜であり、第１のシリコン基板４１と第２のシリコン基板４２を接合固定するとともに、導電部４３や回路部４６などの電気絶縁を担う絶縁性接合層として機能するものである。ここでは、両シリコン基板４１，４２の貼り合わせは、絶縁層４４ａおよび接着層４４ｂの２層にて行っているが、シリコン酸化膜などよりなる１層により行ってもよい。

第１のシリコン基板４１は、薄肉状に形成されており、その長手方向一側端部である薄肉部４８には、不純物の注入・拡散などにより形成された歪みゲージ４５が圧力検出部として機能するように形成されている。この歪みゲージ４５によりブリッジ回路が形成されており、後述するダイアフラム４８の歪みによるブリッジ回路の抵抗値変化が検出できるようになっている。

第２のシリコン基板４２の長手方向一側端部であって、両シリコン基板４１，４２を貼り合わせるとき歪みゲージ４５に対応する位置にはエッチングなどにより形成された凹部４９ａが形成されている。この凹部４９ａと薄肉部４８とを近接させるように第１のシリコン基板４１と第２のシリコン基板４２とを貼り合わせることにより、気密に区画される圧力基準室４９が形成される。そして、圧力基準室４９の周壁の一部である薄肉部４８が、圧力基準室４９の圧力と圧力媒体の圧力との圧力差に基づいて歪むように変位するダイアフラム４８として機能する。

これにより、センシング部４０ａは、ダイアフラム４８が受けた圧力を歪みゲージ４５によって電気信号に変換し、この電気信号をセンサ信号として出力する半導体ダイアフラム式のものとして構成される。

また、第１のシリコン基板４１には、回路部４６が設けられている。この回路部４６は、半導体プロセスなどにより形成されたトランジスタ素子や各種配線などによって構成されたものであり、センサ信号の処理などを行うものである。

また、上述したように、これら歪みゲージ４５と回路部４６とが上記導電部４３によって電気的に接続されている。また、センサチップ４０には、導電部４３と電気的に接続された電極４７が設けられている。この電極４７は、ボンディングワイヤ２６と接続されて、センサ信号を基板の外部に取り出すためのものである。

ここでは、電極４７は、アルミニウムなどより構成されたもので、第１のシリコン基板４１の外面である第１の板面５１側に設けられている。具体的には、第１の板面５１から導電部４３まで貫通する開口部を第１のシリコン基板４１に設け、この開口部内に電極４７を設けることにより、第１の板面５１側にて電極４７が露出している。それにより、電極４７とボンディングワイヤ２６との接続が可能となっている。

このように、本実施形態のセンサチップ４０は、圧力媒体からの圧力を検出するセンシング部４０ａとセンサ信号の処理回路である回路部４６とが一体化したものである。

図３（Ａ）に示すように、歪みゲージ４５は、面方位が（１１０）面の第１の板面５１にて、４つの歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄにより上記ブリッジ回路を構成している。これら各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄは、その長手方向が＜１１０＞結晶軸方向に沿うように配置されている。また、歪みゲージ抵抗４５ｂおよび４５ｄは、歪みゲージ抵抗４５ａおよび４５ｃに対して近接するように配置されている。

また、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２の板面５２には、＜１１０＞結晶軸方向に沿うセンサチップ側溝５２ａが所定の間隔にて複数設けられている。各センサチップ側溝５２ａは、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄが第２の板面５２にそれぞれ投影される各投影部を除くように形成されており、特に、各投影部の全てが隣接するセンサチップ側溝５２ａ間の突部５２ｂに投影されるように形成されている。なお、＜１１０＞結晶軸方向に沿う複数の突起を第２の板面５２に設けることで、隣接する突起間を上記センサチップ側溝５２ａとして構成してもよい。

すなわち、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄの長手方向と、各センサチップ側溝５２ａの延在方向とは、互いに＜１１０＞結晶軸方向に沿いかつセンサチップ４０の長手方向（圧力導入方向）に対して直交するように構成される。

上述のように構成されるセンサチップ４０は、センシング部４０ａがハウジング３０の圧力導入通路３１内に露出するとともに各センサチップ側溝５２ａが圧力導入通路３１に対して直交するように、ハウジング３０における開口部３１ｂの内周面に低融点ガラスなどよりなる接着剤６０を介して支持されている。この接着剤６０は封止部材として機能し、圧力導入通路３１におけるハウジング３０の一端部側の開口部３１ａから導入される圧力媒体は、コネクタケース２０側には侵入しないようになっている。

このように、センサチップ４０とハウジング３０との間に接着剤６０が介在する状態において、接着剤６０が各センサチップ側溝５２ａ内に入り込むので、センサチップ４０と接着剤６０との接触面積が大きくなる。

また、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄは、面方位が（１１０）面の第１の板面５１上にて、その長手方向が＜１１０＞結晶軸方向に沿うように配置されている。そして、接着剤６０を介してセンサチップ４０に作用する応力は、センサチップ側溝に沿うように発生するので、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄに対する接着剤６０からの応力の影響が抑制される。

特に、各センサチップ側溝５２ａは、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄの各投影部の全てが隣接するセンサチップ側溝５２ａ間の突部５２ｂに投影されるように形成されているので、接着剤６０からの応力が各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄに伝達され難くなるため、センサチップ４０へのノイズの影響が抑制されるとともに、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄに対するノイズのバラツキも抑制することができる。

以上説明したように、本第１実施形態の圧力センサ１０では、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄが形成される第１の板面５１の面方位が（１１０）面であり、当該各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄはその長手方向が＜１１０＞結晶軸方向に沿うように配置されている。そして、第２の板面５２には、＜１１０＞結晶軸方向に沿うセンサチップ側溝５２ａが所定の間隔にて複数形成されている。

これにより、接着剤６０が各センサチップ側溝５２ａ内に入り込むので、センサチップ４０と接着剤６０との接触面積が大きくなり、ハウジング３０に対するセンサチップ４０の支持強度を高めることができる。また、接着剤６０を介してセンサチップ４０に作用する応力はセンサチップ側溝５２ａに沿うように発生するので、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄが＜１１０＞結晶軸方向すなわちセンサチップ側溝５２ａに沿う方向とは異なる方向に配置される場合と比較して、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄに対する接着剤６０からの応力の影響を低減することができる。
したがって、ハウジング３０に対するセンサチップ４０の支持強度を高めるとともにセンサチップ４０へのノイズの影響を抑制することができる。

また、本第１実施形態の圧力センサ１０では、各センサチップ側溝５２ａは、センサチップ４０の第２の板面５２に対して各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄがそれぞれ投影される各投影部を除くように形成されている。これにより、接着剤６０からの応力が各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄに伝達され難くなるため、センサチップ４０へのノイズの影響をより抑制することができる。

さらに、本第１実施形態の圧力センサ１０では、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄは、隣接するセンサチップ側溝５２ａ間の突部５２ｂに各投影部が全て投影されるように形成されている。これにより、各投影部がそれぞれ異なるセンサチップ側溝５２ａ間の部位に投影されるように各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄが形成される場合と比較して、接着剤６０からの応力に起因する各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄへのノイズのバラツキを抑制することができる。

さらに、本第１実施形態の圧力センサ１０では、センサチップ４０は、各センサチップ側溝５２ａが圧力導入通路３１に対して直交するように接着剤６０を介して支持されている。センサチップ４０は、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄよりも反圧力導入通路側にて接着剤６０に接触しているので、接着剤６０からの応力が各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄへ伝達される場合、この伝達方向に対して各センサチップ側溝５２ａが直交するようにセンサチップが配置されることとなる。これにより、接着剤６０からの応力が各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄへ伝達され難くなるので、センサチップ４０へのノイズの影響をより抑制することができる。

さらに、本第１実施形態の圧力センサ１０では、センサチップ４０は、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄが形成される薄肉部４８を有する第１のシリコン基板４１と凹部４９ａが形成される第２のシリコン基板４２とを備えている。そして、センサチップ４０のセンシング部４０ａは、薄肉部４８と凹部４９ａを近接させるように第１のシリコン基板４１と第２のシリコン基板４２とを貼り合わせることで薄肉部４８および凹部４９ａにより圧力基準室４９が形成され、この圧力基準室４９の圧力と圧力媒体の圧力との圧力差に基づきダイアフラム４８として機能する薄肉部４８の変位に応じた信号を各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄから出力するように構成されている。

このように、２枚のシリコン基板４１，４２を貼り合わせることでセンシング部４０ａが形成されるセンサチップ４０を圧力センサ１０に用いた場合でも、ハウジング３０に対するセンサチップ４０の支持強度を高めることができるとともに、センサチップ４０へのノイズの影響を抑制することができる。

図４は、第１実施形態における第１の変形例に係るセンサチップ４０を示す説明図であり、図４（Ａ）は、第２の板面５２側から見たセンサチップ４０の平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す４Ｂ−４Ｂ線相当の切断面による断面図である。
図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、本第１実施形態における第１の変形例として、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄの長手方向と、各センサチップ側溝５２ａの延在方向とは、互いに＜１１０＞結晶軸方向に沿い、かつ、センサチップ４０の長手方向（圧力導入方向）に対して平行になるように構成されてもよい。

これにより、圧力媒体の圧力の検出精度は、上記第１実施形態よりも劣るものの、センサチップ４０のセンサチップ側溝５２ａ内に接着剤６０が円滑に導入されやすくなるため、ハウジング３０に対するセンサチップ４０の支持強度を確実に高めることができる。

図５は、第１実施形態における第２の変形例に係るセンサチップ４０を示す説明図であり、図５（Ａ）は、第２の板面５２側から見たセンサチップ４０の平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す５Ｂ−５Ｂ線相当の切断面による断面図である。
図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、本第１実施形態における第２の変形例として、第２のシリコン基板４２の第２の板面５２に形成される各センサチップ側溝５２ａを連結する連結溝５２ｃを設けてもよい。

具体的には、連結溝５２ｃは、突部５２ｂよりも反圧力導入通路側の各センサチップ側溝５２ａの中央部を連結し、かつ、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄから離間する部位が近接する部位と比較して幅広くなるように形成されている。

これにより、接着剤６０が連結溝５２ｃを介して各センサチップ側溝５２ａ内に円滑に導入されるため、ハウジング３０に対するセンサチップ４０の支持強度を高めることができる。特に、連結溝５２ｃは、突部５２ｂよりも圧力導入通路側には形成されていないので、接着剤６０からの応力がセンサチップ４０に伝達され難くなり、センサチップ４０へのノイズの影響を抑制することもできる。なお、連結溝５２ｃは、各センサチップ側溝５２ａの中央部を連結するように形成されることに限らず、例えば、各センサチップ側溝５２ａの端部近傍を連結するように形成されてもよい。また、連結溝５２ｃは、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄから離間するほど幅広くなるように形成されてもよいし、その幅寸法が一定となるように形成されてもよい。

図６は、第１の参考例に係るセンサチップ４０を示す詳細断面図である。
図６に示すように、第１の参考例として、各センサチップ側溝５２ａを廃止するとともに、各センサチップ側溝５２ａに対応する突起である各ケース側突起３４をハウジング３０の開口部３１ｂの内面に設けてもよい。

これにより、ハウジング３０と接着剤６０との接触面積が大きくなるので、ハウジング３０に対する接着剤６０の支持強度、すなわち、ハウジング３０に対するセンサチップ４０の支持強度を高めることができる。特に、センサチップ４０の表面に溝等を設ける必要がないので、ハウジング３０に対する支持強度を高め得るセンサチップ４０においてその製造工程の一部を削減することができる。

図７は、本第１実施形態における第４の変形例に係る圧力センサを示す概略断面図であり、図８は、本第１実施形態における第５の変形例に係る圧力センサを示す概略断面図である。
図７に示すように、本第１実施形態における第４の変形例として、ハウジング３０の他端部側３０ｂの一部であって、ネジ部３２と、接着剤６０を介してセンサチップ４０に対向する部位との間に、圧力導入通路に平行なスリット３５を形成してもよい。また、図８に示すように、本第１実施形態における第５の変形例として、スリット３５に代えて、圧力導入通路に直交するようなスリット３６を形成してもよい。

これにより、圧力媒体が導入される被測定部位に対してネジ部３２により締結される際に、この締結に起因する応力がスリット３５またはスリット３６の変形に応じて吸収されるので、上記締結に起因する応力が接着剤６０を介してセンサチップ４０に伝達されることを抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る圧力センサについて、図９を参照して説明する。図９は、第２実施形態に係るセンサチップ７０を示す説明図であり、図９（Ａ）は、第２の板面７４側から見たセンサチップ７０の平面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す９Ｂ−９Ｂ線相当の切断面による断面図である。

図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、本第２実施形態では、圧力センサ１０において、センサチップ４０に代えてセンサチップ７０を採用する点が、上記第１実施形態にて述べた圧力センサと主に異なる。したがって、第１実施形態の圧力センサと実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図９（Ｂ）に示すように、センサチップ７０は、第１のシリコン基板７１と第２のシリコン基板７２とを貼り合わせたものである。ここで、センサチップ７０における第１のシリコン基板７１側の外面としての板面を第１の板面７３、第２のシリコン基板７２側の外面としての板面を第２の板面７４とする。本第２実施形態では、センサチップ７０は、第１の板面７３の面方位が（１００）面となるように形成されている。

そして、図９（Ａ）に示すように、センサチップ７０に形成される歪みゲージ４５は、面方位が（１００）面の第１の板面７３にて、４つの歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄにより上記ブリッジ回路を構成している。これら各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄは、その長手方向が＜１１０＞結晶軸方向に沿うように配置されている。また、歪みゲージ抵抗４５ｂおよび４５ｄは、上記第１実施形態の場合と比較して、互いに離間するように配置されている。

そして、第２の板面７４には、格子状の溝（以下、格子溝７４ａという）が形成されている。

上述のように構成されるセンサチップ７０は、センシング部７０ａがハウジング３０の圧力導入通路３１内に露出するように、ハウジング３０における開口部３１ｂの内周面に接着剤６０を介して支持される。

このように、センサチップ７０とハウジング３０との間に接着剤６０が介在する状態において、接着剤６０が格子溝７４ａ内に入り込むので、センサチップ７０と接着剤６０との接触面積が大きくなる。

以上説明したように、本第２実施形態の圧力センサ１０では、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄは、（１００）面に形成されることから２方向で圧力を検出するので、センサチップ７０の第２の板面７４に格子溝７４ａが形成されてもこの格子溝７４ａに起因する接着剤６０からの応力の影響が抑制される。

そして、格子状に形成される格子溝７４ａでは、一方向の溝と比較して接着剤６０が円滑に当該格子溝７４ａ内に導入されるので、ハウジング３０に対するセンサチップ７０の支持強度をより高めることができる。

図１０は、第２の参考例に係るセンサチップ７０を示す説明図であり、図１０（Ａ）は、第２の板面７４側から見たセンサチップ７０の平面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す１０Ｂ−１０Ｂ線相当の切断面による断面図である。

図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２の参考例として、格子溝７４ａを廃止するとともに、第２の板面７４のうち各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄが投影される投影部を含めた部位を突出させた円柱状の突出部７４ｂを形成してもよい。このようにしても、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄへのノイズの影響を抑制することができ、また、センサチップ７０と接着剤６０との接触面積が大きくなりハウジング３０に対するセンサチップ７０の支持強度を高めることができる。

また、本第２の参考例においても、上記第１の参考例と同様に、格子溝７４ａまたは突出部７４ｂを廃止するとともに、格子溝７４ａまたは突出部７４ｂに対応する突起または溝をハウジング３０の開口部３１ｂの内面に設けてもよい。

［第３の参考例］
次に、本発明の第３の参考例に係る圧力センサについて、図１１を参照して説明する。図１１は、第３の参考例に係るセンサチップ８０を示す詳細断面図である。

図１１に示すように、第３の参考例では、圧力センサ１０において、センサチップ４０に代えてセンサチップ８０を採用する点が、上記第１実施形態にて述べた圧力センサと主に異なる。したがって、第１実施形態の圧力センサと実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

センサチップ８０は、第１のシリコン基板８１と第２のシリコン基板８２とを貼り合わせたものである。ここで、センサチップ８０における第１のシリコン基板８１側の外面としての板面を第１の板面８３、第２のシリコン基板８２側の外面としての板面を第２の板面８４とする。

第１のシリコン基板８１には、薄肉部４８に各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄが形成されており、第２のシリコン基板８２には、凹部４９ａが形成されている。そして、センサチップ８０のセンシング部８０ａは、薄肉部４８と凹部４９ａを近接させるように第１のシリコン基板８１と第２のシリコン基板８２とを貼り合わせることで薄肉部４８および凹部４９ａにより形成される圧力基準室４９を備え、この圧力基準室４９の圧力と圧力媒体の圧力との圧力差に基づきダイアフラム４８として機能する薄肉部４８の変位に応じた信号を各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄから出力するように構成されている。

第２の板面８４には、当該第２の板面８４に対してセンシング部８０ａが投影される領域、具体的には、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄおよび圧力基準室４９が投影される領域（以下、センシング部投影領域８４ａという）を除く部位であってこのセンシング部投影領域８４ａに反圧力導入通路側から近接する部位に、圧力導入通路３１の圧力導入方向に対して直交する方向に延在する突起８４ｂが設けられている。

上述のように構成されるセンサチップ８０は、センシング部８０ａがハウジング３０の圧力導入通路３１内に露出するように、ハウジング３０における開口部３１ｂの内周面に接着剤６０を介して支持される。

ここで、センサチップ８０とハウジング３０との間に接着剤６０を介在させる工程について、図１２を用いて説明する。図１２は、第３の参考例に係るセンサチップ８０とハウジング３０の開口部３１ｂとを圧力導入通路３１側から見た模式図である。なお、図１２では、説明の便宜上、接着剤６０が占める領域を斜線にて図示している。

まず、圧力導入通路３１を上方に向けたハウジング３０に対して、センシング部８０ａが圧力導入通路３１内に露出するようにセンサチップ８０を支持した状態で、圧力導入通路側から接着剤６０を構成するための例えばゲル状の接着材料を導入する。そして、センサチップ８０における反圧力導入通路側の表面とこの表面に対向する開口部３１ｂとの間に接着材料を固着させ、この固着した接着材料上にさらにゲル状の接着材料を導入するようにセンサチップ８０および開口部３１ｂ間に接着材料を下側（反圧力導入通路側）から徐々に介在させていく。

そして、接着材料がセンサチップ８０の突起８４ｂに接触するまで導入されると、この接着材料の導入を停止する。このように導入された接着材料が固着することにより、センサチップ８０および開口部３１ｂ間に接着剤６０が介在することとなる。このため、図１２に示すように、例えば、接着材料の導入量が多い場合でも、センシング部投影領域８４ａ近傍では突起８４ｂに接触するまでしか導入されないので、センシング部投影領域８４ａへの接着剤６０の流出が抑制される。

以上説明したように、第３の参考例の圧力センサ１０では、第２の板面８４には、突起８４ｂが設けられているため、センシング部投影領域８４ａへの接着剤６０の流出が抑制されるので、センシング部投影領域８４ａには接着剤６０が介在せず、接着剤６０からの応力がセンシング部８０ａに伝達され難くなり、センサチップ８０へのノイズの影響を抑制することができる。

また、第３の参考例の圧力センサ１０では、センサチップ８０は、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄが形成される薄肉部４８を有する第１のシリコン基板８１と凹部４９ａが形成される第２のシリコン基板８２とを備えている。そして、センサチップ８０のセンシング部８０ａは、薄肉部４８と凹部４９ａを近接させるように第１のシリコン基板８１と第２のシリコン基板８２とを貼り合わせることで薄肉部４８および凹部４９ａにより形成される圧力基準室４９を備え、この圧力基準室４９の圧力と圧力媒体の圧力との圧力差に基づきダイアフラム４８として機能する薄肉部４８の変位に応じた信号を各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄから出力するように構成されている。

このように、２枚のシリコン基板８１，８２を貼り合わせることでセンシング部８０ａが形成されるセンサチップ８０を圧力センサ１０に用いた場合でも、センシング部投影領域８４ａへの接着剤６０の流出が防止されるので、接着剤６０からの応力がセンシング部８０ａに伝達され難くなり、センサチップ８０へのノイズの影響を抑制することができる。

図１３は、第４の参考例に係る圧力センサ１０を示す断面図である。
図１３に示すように、本第４の参考例として、ハウジング３０の開口部３１ｂに、圧力導入通路３１の圧力導入方向に対して直交する方向に延在する第１当接部３７を設けてもよい。このようにしても、センサチップ８０に突起８４ｂを設ける場合と同様に、センシング部投影領域８４ａへの接着剤６０の流出を抑制することができる。特に、センサチップ８０に突起等を設ける必要がないので、センサチップ８０の製造工程の一部を削減することができる。

さらに、図１３に示すように、ハウジング３０の開口部３１ｂには、第１当接部３７に対して圧力導入通路側であってセンシング部投影領域８４ａを除く第２の板面８４に当接可能な第２当接部３８が形成されている。これにより、接着剤６０で接着されていないセンサチップ８０の圧力導入通路側が第２当接部３８により支持されるので、センシング部８０ａの振動に起因するノイズの影響を抑制することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）図１４は、第１実施形態における第６の変形例に係る圧力センサの概略断面図である。
図１４に示すように、上記第１実施形態において、センサチップ４０の第１のシリコン基板４１の第１の板面５１にも、＜１１０＞結晶軸方向に沿うセンサチップ側溝５１ａが所定の間隔にて複数設けられてもよい。これにより、ハウジング３０に対するセンサチップ４０の支持強度をさらに高めるとともにセンサチップ４０へのノイズの影響を抑制することができる。

（２）上記第１実施形態においてセンサチップ側溝５２ａは、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄから離間するほど、幅広くなるように形成されてもよい。このような構成にすることにより、ハウジング３０に対するセンサチップ４０の支持強度をさらに高めるとともにセンサチップ４０へのノイズの影響を抑制することができる。

（３）上記第２実施形態において格子溝７４ａは、各歪みゲージ抵抗４５ａ〜４５ｄから離間するほど、幅広くなるように形成されてもよい。このような構成にすることにより、ハウジング３０に対するセンサチップ７０の支持強度をさらに高めるとともにセンサチップ７０へのノイズの影響を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサの全体概略断面図である。 図１のセンサチップの詳細断面図である。 図３（Ａ）は、第２の板面側から見たセンサチップの平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す３Ｂ−３Ｂ線相当の切断面による断面図である。 第１実施形態における第１の変形例に係るセンサチップを示す説明図である。 第１実施形態における第２の変形例に係るセンサチップを示す説明図である。 第１の参考例に係るセンサチップを示す詳細断面図である。 第１実施形態における第４の変形例に係る圧力センサの概略断面図である。 第１実施形態における第５の変形例に係る圧力センサの概略断面図である。 第２実施形態に係るセンサチップを示す説明図である。 第２の参考例に係るセンサチップを示す説明図である。 第３の参考例に係るセンサチップを示す詳細断面図である。 第３の参考例に係るセンサチップとハウジングの開口部とを圧力導入通路側から見た模式図である。 第４の参考例に係る圧力センサを示す断面図である。 第１実施形態における第６の変形例に係る圧力センサの概略断面図である。

符号の説明

１０…圧力センサ
１１…ケース
２０…コネクタケース
３０…ハウジング
３１…圧力導入通路
３２…ネジ部
３４…ケース側突起
３５，３６…スリット
３７…第１当接部
３８…第２当接部
４０，７０，８０…センサチップ
４０ａ，７０ａ，８０ａ…センシング部
４１，７１，８１…第１のシリコン基板（第１の基板）
４２，７２，８２…第２のシリコン基板（第２の基板）
４５…歪みゲージ（圧力検出部）
４５ａ〜４５ｄ…歪みゲージ抵抗（圧力検出部）
４８…ダイアフラム，薄肉部
４９…圧力基準室
４９ａ…凹部
５１，７３，８３…第１の板面（一側面）
５２，７４，８４…第２の板面（他側面）
５２ａ…センサチップ側溝
５２ｂ…突部
５２ｃ…連結溝
６０…接着剤
７４ａ…格子溝
７４ｂ…突出部
８４ａ…センシング部投影領域
８４ｂ…突起

Claims (8)

1. 圧力媒体の圧力を検出可能なセンシング部を有するセンサチップと、
   前記圧力媒体を導入するための圧力導入通路が形成されるケースと、
   前記センサチップのうち前記センシング部が前記圧力導入通路内に露出するように当該センサチップと前記ケースとの間に介在される封止部材と、
   を備える圧力センサであって、
   前記センシング部は、前記圧力媒体の圧力と密閉される圧力基準室の基準圧力との圧力差に基づくダイアフラムの変位に応じた信号を出力可能な複数の歪みゲージを有するように構成され、
   前記各歪みゲージが形成される一側面の面方位が（１１０）面であり、当該各歪みゲージが＜１１０＞結晶軸方向に沿って配置され、
   前記センサチップの表面であって前記封止部材に接触する部位には、前記＜１１０＞結晶軸方向に沿うセンサチップ側溝が複数形成されることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記各センサチップ側溝は、前記センサチップの表面のうち前記一側面に対向する他側面に対して前記各歪みゲージがそれぞれ投影される各投影部を除くように形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記各センサチップ側溝は、隣接するセンサチップ側溝間の部位の１つに前記各投影部が全て投影されるように形成されることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記センサチップは、前記各センサチップ側溝が前記圧力導入通路に対して直交するように前記封止部材を介して支持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力センサ。
5. 前記センサチップには、前記各センサチップ側溝の一部を連結する連結溝が形成されることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
6. 圧力媒体の圧力を検出可能なセンシング部を有するセンサチップと、
   前記圧力媒体を導入するための圧力導入通路が形成されるケースと、
   前記センサチップのうち前記センシング部が前記圧力導入通路内に露出するように当該センサチップと前記ケースとの間に介在される封止部材と、
   を備える圧力センサであって、
   前記センシング部は、前記圧力媒体の圧力と密閉される圧力基準室の基準圧力との圧力差に基づくダイアフラムの変位に応じた信号を出力可能な複数の歪みゲージを有するように構成され、
   前記各歪みゲージが形成される一側面の面方位が（１００）面であり、当該各歪みゲージが＜１１０＞結晶軸方向に沿って配置され、
   前記センサチップの表面であって前記封止部材に接触する部位には、格子状の溝が形成されることを特徴とする圧力センサ。
7. 前記センサチップは、前記各歪みゲージが形成される薄肉部を有する第１の基板と凹部が形成される第２の基板とを備えており、
   前記センシング部は、前記薄肉部と前記凹部を近接させるように前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせることで前記薄肉部および前記凹部により前記圧力基準室が形成され、この圧力基準室の圧力と前記圧力媒体の圧力との圧力差に基づき前記ダイアフラムとして機能する前記薄肉部の変位に応じた信号を前記各歪みゲージから出力するように構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧力センサ。
8. 前記ケースは、その外周部に当該ケースを締結させるための締結部が形成されるとともに、この締結部と前記封止部材を介して前記センサチップに対向する部位との間にスリットが設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力センサ。

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