(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力により変形するダイアフラムと、
前記ダイアフラムの変形を検出する歪検出素子と、
前記ダイアフラム上に設けられた基台と、
前記基台と前記歪検出素子との間に設けられた接合層を有し、
前記基台は、複数のガラスペーストを積層することで形成され、前記複数のガラスペーストの内少なくとも１つ以上は絶縁性であり、
前記接合層の線熱膨張係数が３２×１０−７／℃〜６０×１０−７／℃の範囲であり、
前記歪検出素子の線熱膨張係数をα１、前記接合層の線熱膨張係数をα２、前記基台の熱膨張係数をα３、前記ダイアフラムの線熱膨張係数をα４としたとき、α１＜α２＜α３＜α４の関係を満たすことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記接合層は、ガラス相と前記ガラス相に分散されたフィラーを有する圧力検出装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ガラス相のガラス組成は、酸化換算でＶ２Ｏ５を主成分として含み、Ｆｅ２Ｏ３を１０重量％以上含む圧力検出装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記ガラス相の組成は、酸化換算でＶ２Ｏ５が４５〜５０重量％、Ｆｅ２Ｏ３が１０〜１５重量％、含まれる圧力検出装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記フィラーは、ジルコン、ジルコニア、石英ガラス、β―スポンジュメン、コーディエライト、ムライト、β―ユークリプタイト、β―石英、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム（ＺＷＰ）、タングステン酸ジルコニウムのいずれかである圧力検出装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記ガラス相は、さらに酸化換算でＴｅＯ２が２０〜３０重量％、Ｐ２Ｏ５が５〜１６重量％、ＷＯ３が０〜１０重量％含む圧力検出装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記歪検出素子の前記接合層側の面は、メタライズ処理されている圧力検出素子。
【請求項８】
請求項７において、
前記歪検出素子の前記接合層側の面には、メタライズ層を有し、前記メタライズ層はＡｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏから選ばれる少なくとも１種類以上を有する圧力検出素子。
【請求項９】
請求項８において、
前記歪検出素子にメタライズ処理した層と接合層との間には化合物層が存在することを特徴とする圧力検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の各種機器に装着されて圧力を検出する圧力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力測定装置は、例えば車両に搭載される高圧センサとして構成され、エンジンの燃料圧、ブレーキ油圧、各種ガス圧等の測定に用いられる。
【０００３】
特許文献１に記載の圧力測定装置は、シリコンからなる歪検出素子は低融点ガラスを介してダイアフラムに接合されているが、接合の冷却工程で発生する応力により歪検出素子や接合層が破損するのを防ぐため、ダイアフラムの材質には、シリコンやガラスの熱膨張率に比較的近い熱膨張率を有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金を使用していた。しかし、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金は、耐力が比較的低いために高圧測定には不向きであることや、高湿環境下では腐食するという課題がある。
【０００４】
そのため、耐力と耐食性で優位なステンレスで、ダイアフラムを形成することが考えられる。しかしながら、ステンレスと歪検出素子であるシリコンとは、熱膨張率が大きく異なるため、接合の冷却工程で接合層に大きな応力が発生し、それによって歪検出素子や接合層が破損する可能性がある。
【０００５】
特許文献２には、複数の接合材料を混合し、熱膨張率が連続的に変化するように形成された接合部材についての記載があるが、一般的に接合部材は、融点付近で急激に熱膨張率が変化するため、熱膨張率を制御するのは難しい。また混合の制御が不十分な場合においても、混合が不均一になれば熱膨張率も不均一になり接合状態がばらつく可能性があり、接合の安定性に課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２９１５３３号公報
【特許文献２】特開２０１３−３６９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の目的は、シリコンやガラスの熱膨張率と比べて熱膨張率が大きい金属材料からなるダイアフラムと歪検出素子との接合信頼性の高い圧力測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する手段としては例えば以下である。
圧力により変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムの変形を検出する歪検出素子と、前記ダイアフラム上に設けられた基台と、前記基台と前記歪検出素子との間に設けられた接合層を有し、前記接合層の線熱膨張係数が３２×１０−７／℃〜６０×１０−７／℃の範囲である圧力検出装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シリコンやガラスの熱膨張率と比べて熱膨張率が大きい金属材料からなるダイアフラムと歪検出素子との接合信頼性の高い圧力測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧力測定装置全体の断面概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る圧力測定装置全体の回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る接合材の断面図である。
【図４】ガラス組成物のＤＴＡ測定で得られるＤＴＡカーブの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図１から図３を用いて詳細に説明する。
【００１２】
（圧力測定装置）
図１は、圧力測定装置１００の概念図である。
【００１３】
圧力測定装置１００は、圧力ポート１１とダイアフラム１４とフランジ１３とが形成される金属筐体１０と、圧力ポート１１内の圧力を測定する歪検出素子１５と、歪検出素子１５と電気的に接続される基板１６と、カバー１８と、外部と電気的に接続するためのコネクタ１９とを備える。
【００１４】
圧力ポート１１は、軸方向の一端側（下側）に圧力導入口１２ａが形成された中空筒状の圧力導入部１２ｈａと、圧力導入部１２ｈａの軸方向の他端側（上側）に形成された円筒状のフランジ１３とを備えている。フランジ１３の中央部位には、圧力によって変形し歪を生じるダイアフラム１４が立設されている。
【００１５】
ダイアフラム１４は、圧力導入口１２ａから導入された圧力を受ける受圧面と、受圧面とは反対の面のセンサ搭載面とを有する。
【００１６】
圧力ポート１１の圧力導入部１２ｈａの、ダイアフラム１４側の歪検出素子１５に対向する先端部１２ｈａｔは矩形形状になっており、フランジ１３の中央部とダイアフラム１４の上部表面より若干低い高さの部位まで連続して穿設されている。この先端部１２ｈａｔの矩形形状によって、ダイアフラム１４にはｘ方向−ｙ方向の歪差が生じる。
【００１７】
歪検出素子１５は、ダイアフラム１４のセンサ搭載面のほぼ中央部に接合されている。歪検出素子１５は、シリコンチップ上にダイアフラム１４の変形（歪）に応じた電気信号を出力する１つ以上の歪抵抗ブリッジ３０ａ〜ｃを備える半導体チップとして構成される。
【００１８】
基板１６は、歪検出素子１５から出力された各検出信号を増幅するアンプ、そのアンプのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器、そのデジタル信号に基づいて後述する補正演算を行うデジタル信号演算処理回路、各種データが格納されたメモリおよびコンデンサ１７等が搭載されている。
【００１９】
カバー１８の軸方向他端を閉塞する閉塞板１８ａの、中央よりの所定径範囲は切り欠かれており、その切欠部には例えば樹脂等により形成され、圧力測定装置１００で検出された検出圧力値を外部に出力するためのコネクタ１９が挿入されている。
【００２０】
コネクタ１９の一端はカバー１８内においてカバー１８に固定され、コネクタ１９の他端はカバー１８から外部へ露出している。
【００２１】
このコネクタ１９の内部には、例えばインサート成型により挿入された棒状のターミナル２０を有している。このターミナル２０は、例えば電源用、接地用、信号出力用の３本で構成され、各ターミナル２０の一端は前記基板１６に接続されており、他端が図示省略の外部コネクタに接続されることによって、自動車のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続される。
【００２２】
図２は歪検出素子１５の複数の歪抵抗ブリッジと基板１６に搭載された各回路部品の回路図である。
【００２３】
歪抵抗ブリッジ３０ａ〜ｃは、それぞれダイアフラム１４の変形に応じて歪むことで抵抗値が変化する抵抗ゲージをブリッジ接続して構成されている。
【００２４】
歪抵抗ブリッジ３０ａ〜３０ｃの出力信号（圧力に相当するブリッジ信号）は、アンプ３１ａ〜３１ｃによって増幅され、その増幅出力信号はＡ−Ｄ（アナログ−デジタル）変換器３２ａ〜３２ｃによってデジタル信号に変換される。
【００２５】
デジタル信号演算処理回路３３は、Ａ−Ｄ変換器３２ａ〜３２ｃの出力信号に基づいて、例えば１つの歪抵抗ブリッジ３０ａで検出された圧力値をその他の歪抵抗ブリッジ３０ｂ，３０ｃの検出圧力値によって補正する演算処理を行って、その補正した圧力値を圧力測定装置の検出値として出力する。
【００２６】
このデジタル信号演算処理回路３３は、補正演算処理に限らず、複数の歪抵抗ブリッジの検出圧力値同士の比較や、歪抵抗ブリッジの検出圧力値と予め不揮発メモリ３４に記憶しておいた規定圧力値との比較を行って、測定対象機器の劣化や歪検出素子１６の劣化を判定し、その判定時に故障信号を出力する等の処理も行う。
【００２７】
尚、電圧源３５から歪抵抗ブリッジ３０ａ〜３０ｃへの電力の供給およびデジタル信号演算処理回路３３からの各信号の出力は、図１、図２のターミナル２１を介して行われる。
【００２８】
不揮発性メモリ３４は、その他の回路部品とは異なる回路チップに搭載されていてもよい。また、デジタル信号演算処理回路３３の代わりに前記補正演算をアナログ回路で行うように構成してもよい。
【００２９】
（歪検出素子とダイアフラムとの接合部）
図３は、歪検出素子１５とダイアフラム１４との接合部を示す図である。
【００３０】
ダイアフラム１４と歪検出素子１５とは、基台２１と接合層２２を介して接合されている。
【００３１】
ダイアフラム１４の材質には、耐食性を有することと、高圧にも対応できるように高耐力であることが求められる。そのため、クロムを含有した耐食性を有する材質に、析出硬化を行なうことで高耐力とした材質が用いられる。例えば、ＳＵＳ６３０が採用される。
【００３２】
このとき、歪検出素子１５の材料としてはシリコン（熱膨張係数：３７×１０−７／℃）が用いられるため、被接合材であるダイアフラム１４のＳＵＳ６３０（熱膨張係数：１１０×１０−７／℃）との熱膨張係数の違いによって接合不良となりやすい。そのため、これら熱膨張係数の異なる部材を接合するために基台２１と接合層２２を介して接合することで接合の信頼性や安定性を向上させている。ここで、本発明における熱膨張係数とは、５０〜２５０℃の温度範囲での測定した値のことを指す。
【００３３】
基台２１および接合層２２は、環境への配慮から無鉛の材料で構成されることが望ましい。本発明でいう無鉛とは、ＲｏＨＳ指令（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈａｚａｒｄｏｕｓ  Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ  ：  ２００６年７月１日施行）における禁止物質を指定値以下の範囲で含有することを容認するものとする。また、基台２１および接合層２２の少なくともいずれか一方は、絶縁性であることが好ましい。これは、絶縁性とすることで自動車等へ実装時にダイアフラム１４から歪検出素子１５へかかるノイズを抑制することができるためである。本発明でいう絶縁性とは、体積抵抗率で１０６Ωｍ以上のことを指す。
【００３４】
基台２１は、ガラス、セラミックなどの基材をダイアフラム１４のセンサ搭載面に搭載することで形成される。基台２１の形成方法としては、ガラスペーストを用いて焼成することが望ましい。ガラスペーストの焼成温度としては特に制限はなく、通常の市販のガラスペーストを用いることができる。基台２１の熱膨張係数の範囲としては、１１×１０−７／℃〜１１９×１０−７／℃まで幅広く使用することができる。ただし、より好ましくは３７×１０−７／℃〜１１０×１０−７／℃であり、歪検出素子１５とダイアフラム１４の間であることが望ましい。さらに好ましくは、接合層２２とダイアフラム１４の間の熱膨張係数をとることである。つまり、歪検出素子１５の熱膨張係数をα１、接合層２２の熱膨張係数をα２、基台２１の熱膨張係数をα３、ダイアフラム１４の熱膨張係数をα４としたとき、α１  ＜  α２  ＜  α３  ＜  α４の関係を満たすことが好ましい。この熱膨張係数の構成にすることによって、接合時に発生する熱応力を効率よく緩和することができるため、接合の安定性を向上させることができる。また、基台２１は一層である必要はなく、上述の構成となるような範囲で二層以上とすることも可能である。
【００３５】
基台２１のガラス系としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３、ＷＯ３−Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３の少なくともいずれか含むガラスなどを用いることができる。これらはいずれも絶縁性であるため、接合時にダイアフラム１４から歪検出素子１５へかかるノイズを抑制することが可能となる。
【００３６】
接合層２２は、ガラス相とガラス相に分散されたフィラーを有することで接合層の線熱膨張係数を最適な範囲にすることができる。
【００３７】
基台２１同様にガラスペーストを用いて形成することができる。接合層２２において、歪検出素子１５の接合温度は４００℃以下とすることが特に望まれる。これにより、歪検出素子１５の端子や配線の劣化を抑制することが可能となる。したがって、接合層に用いるガラス材料の軟化点（Ｔｓ）は、４００℃以下が良い。軟化点を４００℃以下とすることで、接合温度を４００℃以下とすることが可能となる。ここで、作製したガラスの特性温度は、示差熱分析（ＤＴＡ）から定めた。
【００３８】
図４にガラスの代表的なＤＴＡ曲線を示す。図４に示すように、第二吸熱ピークを軟化点（Ｔｓ）とした。接合層２２の熱膨張係数としては、３２×１０−７／℃以上６０×１０−７／℃以下が良い。この熱膨張係数の範囲にすることで、接合状態、信頼性とも優れた接合体が形成できるため、精度のよい圧力検出装置を提供することができる。接合状態や信頼性の観点からより好ましくは、４２×１０−７／℃以上５４×１０−７／℃以下の範囲である。フィラー含有量を調整することで、これらの熱膨張係数を調整することができる。ただし、フィラー含有量が増加する場合には、接合材の軟化流動性が失われていくために接合性が悪くなるため、フィラーの含有量は最大でも４７．５体積％以下とすることが好ましい。また、より良好な軟化流動性を得るためのフィラーの含有量としては、４０体積％以下である。
【００３９】
上述の熱膨張係数と接合温度を達成するためのガラス組成としては、Ｖ２Ｏ５を主成分とするガラス組成であることが望ましい。Ｖ２Ｏ５を主成分とするガラス組成とすることで、４００℃以下の接合温度を達成することが可能となる。ここで、主成分とはガラス組成を酸化物換算した場合に、最も含有量の多いものを指す。また、ガラス組成としては、さらに酸化物換算でＦｅ２Ｏ３が１０重量％以上含むことが望ましい。なお、ここで酸化物換算とはガラス中の酸化物にて計算した重量％である。Ｆｅ２Ｏ３を１０重量％以上含むことで、Ｖ２Ｏ５を主成分としたガラス組成の熱膨張係数を低下させつつ、ガラスの軟化点を低温化することが可能となる。良好な接合体を形成することができるガラス組成の範囲としては、酸化換算でＶ２Ｏ５が４５〜５０重量％、ＴｅＯ２が２０〜３０重量％、Ｆｅ２Ｏ３が１０〜１５重量％、Ｐ２Ｏ５が５〜１６重量％、ＷＯ３が０〜１０重量％である。Ｆｅ２Ｏ３が１０重量％以上含むことで、ガラス組成は結晶化しやすくなるが、ＷＯ３を０〜１０重量％の範囲で含有することで、この結晶化を抑制することができる。
【００４０】
接合層２２の接合材に添加するフィラーとしては、例えばジルコン、ジルコニア、石英ガラス、β―スポンジュメン、コーディエライト、ムライト、β―ユークリプタイト、β―石英、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム（ＺＷＰ）、タングステン酸ジルコニウム及びこれらの固溶体などを用いることができる。これらを１種類もしくは２種類以上を組み合わせて使用することができる。
【００４１】
接合層２２と歪検出素子１５の接合性や密着性を向上するためには、歪検出素子１５の接合層面側にメタライズ処理を施すことが好ましい。また、このメタライズ処理に用いる金属元素としては、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏから選ばれる内の少なくとも１種以上を含むことが良い。メタライズ処理により歪検出素子の接合層側の面にこれらの元素を含むメタライズ層が形成される。これらの金属元素を含有することで、接合層２２のガラスとメタライズ層との間にさらに化合物が形成され、良好な接合面を形成することが可能となり、接合の安定性を向上することができる。メタライズの手法としては、特に限定されるところではないが、例えばめっき法やスパッタ法、蒸着法などにより形成することができる。
【００４２】
（接合材の製造方法）
接合層２２を形成する接合材は、例えば以下の方法により製造できる。接合層形成ペーストは、接着成分であるガラス等の粉末と、熱膨張係数を調整するためのフィラー材と、溶剤と、バインダーと、を混練することで作製できる。作製した接合層形成ペーストを基材に塗布した後、脱バインダー、焼成することで接合材を形成することができる。
【００４３】
接合層形成ペーストに用いるガラスの作製法としては、特に限定されるところではないが、原料となる各酸化物を配合・混合した原料を白金ルツボに入れ、電気炉で５〜１０℃／分の昇温速度で８００〜１１００℃まで加熱し、数時間保持することで作製することができる。保持中は均一なガラスとするために攪拌することが望ましい。ルツボを電気炉から取り出す際には、ガラス表面への水分吸着を防止するために予め１００〜１５０℃程度に加熱しておいた黒鉛鋳型やステンレス板上に流し込むことが望ましい。
【００４４】
接合層形成ペーストに用いる溶剤としては、特に限定されるところではないが、ブチルカルビトールアセテートやα―テルピネオールを用いることができる。
【００４５】
接合層形成ペーストに用いるバインダーとしては、特に限定されるところではないが、エチルセルロースやニトロセルロースなどを用いることができる。
【００４６】
また、接合材としてペーストの他に、ガラスの成型体を用いることも可能である。成形体の作製方法としては、特に限定されるところではないが、例えばガラス粉末とフィラー粉末を混合して一軸加圧成形したものを、スライサーなどによって１００μｍ以下の厚みに切り出したものを用いることも可能である。
【００４７】
以下、実施例を用いて更に詳細に説明する。ただし、本発明は、ここで取り上げた実施例の記載に限定されることはなく、適宜組み合わせてもよい。
【００４８】
（実施例１〜８、比較例１〜７）
＜ガラスの作製＞
表１のＧ１〜Ｇ１５は、作製・検討したガラス組成を示したものである。いずれの成分も酸化物換算の質量％（質量パーセント）で表示した。これらの低融点ガラス組成物には、環境・安全に配慮し、実質的に鉛を含有させなかった。各成分の原料は、五酸化バナジウム、酸化テルル、酸化第二鉄、五酸化リン、酸化タングステン、炭酸バリウム、リン酸バリウム、酸化セシウム、酸化ニオブ、炭酸カリウム、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化銅を用いた。
【００４９】
ガラスの作製は、以下の手順で行った。原料化合物を表１の組成となるように配合・混合した混合粉末１ｋｇを白金ルツボに入れ、電気炉を用いて５〜１０℃／ｍｉｎ（℃／分）の昇温速度で１０００℃〜１２００℃の加熱温度まで加熱して２時間保持した。保持中は均一なガラスとするために攪拌した。次に、白金ルツボを電気炉から取り出し、予め１００℃に加熱しておいたステンレス板上に流し込みガラスを得た。
【００５０】
＜ガラスの評価＞
ステンレス板上に流し込んだガラスを平均粒子径（Ｄ５０）が２０μｍ未満になるまで粉砕し、５℃／分の昇温速度で示差熱分析（ＤＴＡ）を行うことによって、軟化点（Ｔｓ）を測定した。なお、標準サンプルとしてアルミナ粉末を用いた。ＤＴＡカーブにおいて、軟化点は第二吸熱ピーク温度とした。
【００５１】
【表１】
0006607816.tif 000002
【００５２】
＜接合層形成ペーストの作製＞
接合層を作製するに当たり接合層形成ペーストを作製した。接合層形成ペーストは、表１で作製したガラスを平均粒径（Ｄ５０）が約３μｍになるまでジェットミルを用いて粉砕したのち、同じく約３μｍ程度のフィラーとして、Ｚｒ２（ＷＯ４）（ＰＯ４）２（ＺＷＰ）を所定量加えた。この混合物に対し、バインダー樹脂としてエチルセルロースを、溶剤としてブチルカルビトールアセテートを加えて混錬し、接合層形成ペーストを作製した。接合層の熱膨張係数の評価には、バインダー樹脂や溶剤を含まない混合粉末だけで一軸加圧成型した後、電気炉にて緻密に焼き固めたものを用いた。その後、４ｍｍ×４ｍｍ×１５ｍｍの試験片を切り出し、押し棒式熱機械分析装置を用いて５０〜２５０℃の範囲の熱膨張係数を測定した。その結果を表２に記載する。
【００５３】
また、ボタンフロー試験により加熱時の軟化流動性を評価した。サンプルには、上記同様にバインダー樹脂や溶剤を含まない混合粉末を、直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍになるように一軸加圧成型したものを用いた。この成形体をアルミナ基板上に置き、５℃／ｍｉｎの昇温速度で４００℃まで加熱して、１０分間保持し、軟化流動性を○，△，×で評価した。○は良好な流動性が得られた場合、△は良好な流動性が得られなかったが、軟化していた場合、×は軟化しない場合或いは結晶化した場合とした。なお、ボタンフロー試験の温度は接合材に用いるシリコン基板の耐熱温度を考慮して決定した。
【００５４】
＜接合体の作製＞
被接合材として、Ａｌメタライズ処理が施されたシリコン基板（４ｍｍ×４ｍｍ、熱膨張係数：３７×１０−７／℃）とＳＵＳ６３０基板（１２ｍｍφ、熱膨張係数：１１０×１０−７／℃）を用いた。まず、接合準備としてＳＵＳ６３０基板上に基台を形成した。
【００５５】
基台の材料には、市販のＳｉＯ２系ガラスペースト１（ＤｕＰｏｎｔ社製  ＱＭ４４、熱膨張係数：７１×１０−７／℃）を用いた。基台の形成は、スクリーン印刷を用いてＳＵＳ６３０基板にＱＭ４４ペーストを印刷後、１５０℃で３０ｍｉｎ乾燥後、８５０℃にて１０ｍｉｎ焼成することで基台を２０μｍ厚みで形成した。この基台の上面に、表２に示す接合材を同様にスクリーン印刷にて塗布・乾燥し、昇温速度５℃／ｍｉｎで軟化点＋５０℃の温度まで加熱し、３０ｍｉｎ保持することで仮焼成を実施して接合層を２０μｍ程度形成した。その後、この接合層の上面にシリコン基板を設置してシリコン基板の上面から荷重を付加し、昇温速度５℃／ｍｉｎで４００℃まで加熱し、１０ｍｉｎ保持することで接合体を試作した。
【００５６】
実施例においては、上記シリコン基板は図２における歪検出素子１５、基板上に形成された基台ＳｉＯ２系ガラスは基台２１として評価することができる。
【００５７】
試作後の接合体の接合状態を密着性、接着性、残留気泡の観点より評価した。密着性、接着性、残留気泡ともに優れていた場合には◎、多少気泡は残留するものの良好な密着性、接着性が得られた場合には○、密着性や残留気泡が十分ではないが、問題なく接着できた場合には△、接着性が不十分な場合には×とした。また、接合体の信頼性を−４０℃〜１５０℃の温度サイクル試験により評価した。このとき、１００サイクル後に剥離が見られなかったものを○、サンプルによっては剥離がみられたものを△、１００サイクル以内にすべてのサンプルで剥離したもの、もしくは接合できていないものを×とした。これらの評価結果を表２に併記する。
【００５８】
【表２】
0006607816.tif 000003
【００５９】
以上より、接合材の熱膨張係数としては、６０×１０−７／℃以下であるときに接合状態、信頼性ともに優れ、これよりも大きくなる場合には信頼性試験において接合体が剥離することが分かった。また、信頼性としてより優れるのは、熱膨張係数が５４×１０−７／℃の時であった。また、接合体が良好であったとき（実施例１〜８）のガラス組成の特徴としては、Ｖ２Ｏ５が４５〜５０重量％、Ｆｅ２Ｏ３を１０重量％以上含むことであった。これは、Ｆｅ２Ｏ３にはガラスを低熱膨張化する効果が考えられる。また、ＢａＯは含まないことが好ましく、ＢａＯには逆にガラスを高熱膨張化する効果があるためであると考えられる。ガラス組成の範囲としては、酸化換算でＶ２Ｏ５が４５−５０重量％、ＴｅＯ２が２０−３０重量％、Ｆｅ２Ｏ３が１０−１５重量％、Ｐ２Ｏ５が５−１６重量％、ＷＯ３が０−１０重量％であった。
【００６０】
（実施例９〜２２、比較例８〜９）
接合材として、表３に示す接合層形成ペーストの構成からなる材料を用い、実施例１〜８、比較例１〜７同様に接合体を形成した。このとき、接合層形成ペーストの構成以外は実施例１〜８、比較例１〜７と同様である。接合層形成ペーストには、良好であった実施例３のＧ３及び実施例８のＧ８のガラスを用い、フィラー材の含有量を変化させることで熱膨張係数を調節した。また、試作した接合体の接合状態および信頼性を実施例１〜８、比較例１〜７同様に評価した。
【００６１】
【表３】
0006607816.tif 000004
【００６２】
以上より、接合材の熱膨張係数としては、３２×１０−７／℃以上６０×１０−７／℃以下のときに接合状態、信頼性とも優れた接合体が形成できることが分かった。より好ましくは、４２×１０−７／℃以上５４×１０−７／℃以下の時であった。この結果からＶ２Ｏ５が４５〜４７重量％、Ｆｅ２Ｏ３が１０〜１５重量％、フィラーが３５〜４０体積％付近とすることで特に良好な結果が得られることが分かった。
【００６３】
また、フィラー含有量が４７．５体積％以上となると、接合材の軟化流動性が低くなるため、フィラーの含有量としてはこれ以下とすることが好ましい。良好な軟化流動性を得るためのフィラーの含有量としては、４０体積％以下であった。
【００６４】
（実施例２２〜２７）
ＳＵＳ６３０基板上に形成する基台として、市販のガラスペースト２（岡本硝子社製  ＮＡＴ１１、熱膨張係数：１１×１０−７／℃）もしくはガラスペースト３（旭ガラス社製ＡＳＦ１７０２、熱膨張係数：１１９×１０−７／℃）を用いたものを作成した。接合材としては良好であった接合材Ｂ２、Ｂ３、Ｂ１２を用い、実施例９〜２２、比較例８〜９と同様に接合体を試作した。接合体の構成および評価結果を表４に示す。
【００６５】
（比較例１０〜１２）
実施例２２〜２７において、基台を形成しない場合において接合体の試作を実施した。基台を形成しなかったこと以外は実施例２２〜２７と同様に接合体を試作、評価を行った。
【００６６】
【表４】
0006607816.tif 000005
【００６７】
以上より、基台の熱膨張係数としては１１×１０−７／℃〜１１９×１０−７／℃まで幅広く使用することができるが、基台のないものは良好な接合体を形成することができないことが分かった。
【００６８】
（実施例１３〜２７）
接合体の試作において、シリコン基板にＡｌメタライズ処理を実施せずに接合体の試作を実施した。このとき、メタライズ処理を実施しないこと以外は実施例１〜８、比較例１〜７同様に接合体を試作した。この結果、接合材Ａ１〜Ａ１５のいずれの場合にも接合することは可能であったが、密着性はメタライズ処理をしたものと比較して良好でないことがわかった。
この接合界面を透過型電子顕微鏡にて評価したところ、メタライズ処理を実施したものは、接合界面にＡｌとＶを有する化合物層が形成されていることが判明した。そのため、メタライズ処理によって密着性が向上したと考えられる。
【００６９】
（圧力測定装置の作製）
接合材Ｂ１０〜Ｂ１５を用いて、圧力検出素子とダイアフラムを実施例２同様の条件にて接合した。その後、図１に示すような圧力測定装置を作製した。圧力測定装置の試験としては、−４０℃から１３０℃を各３０ｍｉｎごとに２０００サイクル実施する熱衝撃試験と、１３０℃で５Ｖ印加を２０００時間実施する高温通電試験、−４０℃で５Ｖ印加を２０００時間実施する低温通電試験を実施してセンサ特性の変化を観測した。その結果、いずれの試験でも初期特性とほとんど圧力誤差のない良好なセンサ特性を得ることができた。
【符号の説明】
【００７０】
１０…金属筐体
１１…圧力ポート
１２…圧力導入部
１２ａ…圧力導入口
１２ｈａ…圧力導入孔
１２ｈａｔ…先端部
１３…フランジ
１４…ダイアフラム
１５…歪検出素子
１６…基板
１７…コンデンサ
１８…カバー
１８ａ…閉塞板
１９…コネクタ
２０…ターミナル
２１…基台
２２…接合層
３０ａ〜３０ｃ…歪抵抗ブリッジ
３１ａ〜３１ｃ…アンプ
３２ａ〜３２ｃ…Ａ−Ｄ変換器
３３…デジタル信号演算処理回路
３４…不揮発メモリ
３５…電圧源
１００…圧力測定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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