(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の流体の圧力を受ける第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面とを有するダイアフラムと、
ひずみゲージを構成する複数の抵抗が形成された矩形状の半導体チップと、
一端が前記第２主面に固定され、他端が前記半導体チップに固定され、前記第２主面に垂設されて前記半導体チップを支持する絶縁材料から成る少なくとも三つの支持部材と、を有し、
全ての前記支持部材は、前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わったときに前記ダイアフラムが変形する領域内に設けられる、
圧力センサ。
【請求項２】
少なくとも三つの前記支持部材のうちの一つの前記支持部材は、前記ダイアフラムの中心に設けられ、
少なくとも三つの前記支持部材のうちの残りの前記支持部材は、前記領域内における前記中心に対して点対称の位置に、それぞれ設けられる、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
少なくとも三つの前記支持部材のうちの残りの前記支持部材は、前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わり前記ダイアフラムが変形したときに前記ダイアフラムの傾きが最大となる領域に、設けられる、
請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記ひずみゲージを構成する複数の前記抵抗は、前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わり前記ダイアフラムが変形したときに前記支持部材を介して前記半導体チップに引張応力が発生する領域において、平面視で少なくとも三つの前記支持部材のうちの残りの前記支持部材を結ぶ方向に直交する方向に並んで形成される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記ひずみゲージを構成する複数の前記抵抗は、ブリッジ回路を構成し、
複数の前記抵抗は、前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わり前記ダイアフラムが変形したときに前記支持部材を介して前記半導体チップに引張応力が発生する領域に形成され、
複数の前記抵抗のうち、前記ブリッジ回路において対向する前記抵抗同士は、平面視で前記半導体チップの中心に対して点対称となる位置にそれぞれ形成される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関し、例えばサニタリー用圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、流体の圧力を検出する圧力センサが衛生的な配慮が必要な食品や医薬品等の製造現場等で用いられるサニタリー用圧力センサとして認められるためには、耐食性、清浄性、信頼性、および汎用性等に関する厳しい要件を満足しなければならない。
【０００３】
例えば、耐食性として、サニタリー用圧力センサは、圧力の測定対象の流体（例えば液体）が接触する接液部分にステンレス鋼（ＳＵＳ）、セラミックス、およびチタン等の耐食性の高い材料を用いなければならない。また、清浄性として、サニタリー用圧力センサは、洗浄しやすいフラッシュダイアフラム構造を有し、且つ蒸気洗浄に対する高い耐熱衝撃性を有していなければならない。また、信頼性として、サニタリー用圧力センサは、封入剤を使用しない構造（オイルフリー構造）、およびダイアフラムが破れ難い構造（バリア高剛性）を有していなければならない。更に、汎用性として、サニタリー用圧力センサは、測定対象の流体が流れる配管との接続部分が継手形状でなければならない。
【０００４】
このように、サニタリー用圧力センサは、使用する材料や構造が他の圧力センサに比べて制限されるため、高感度化が容易ではない。例えば、ダイアフラムが破れ難い構造を実現するためには、ダイアフラムの膜厚を大きくする（ダイアフラムの厚みに対する径のアスペクト比を小さくする）必要があるが、一般に、ダイアフラムの膜厚を大きくするとダイアフラムの変形量が微小となり、センサ感度が低下するという問題がある。そのため、サニタリー用圧力センサでは、ダイアフラムの微小な変形を精度良く検出する技術が求められている。
【０００５】
例えば、特許文献１，２には、拡散抵抗から成るひずみゲージが形成されたＳｉ等の半導体チップ（ビーム部材）に、ダイアフラムの中心部分の変位のみを伝達し、上記半導体チップの歪に基づくピエゾ抵抗効果による拡散抵抗の抵抗値の変化を検出することでセンサの高感度化を狙った荷重変換型の圧力センサが開示されている。
【０００６】
具体的に、特許文献１、２に開示された従来の荷重変換型の圧力センサでは、半導体チップの中心部分をダイアフラムの中心部分において支持するとともに、上記半導体チップの両端を実質的に変動しない位置に固定している。例えば、特許文献１では、短冊状の半導体チップの中心をピボットと呼ばれる棒状部材によってダイアフラムの中心において支持するとともに、半導体チップの長手方向の両端を、絶縁架台を介してダイアフラムの外周縁に形成された厚肉部分に固定している。また、特許文献２では、矩形状の半導体チップの中心をダイアフラムの中心に固定するとともに、半導体チップの長手方向の両端を変動しない台座上に固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−４５１４０号公報
【特許文献２】特開昭６３−２１７６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１，２に開示された圧力センサのように、半導体チップの中心部分をダイアフラムの中心において支持するとともに、半導体チップの長手方向の両端を実質的に変動委しない位置に固定することにより、ダイアフラムが撓んだときのダイアフラムの中心部分の大きな変位を半導体チップに効率よく伝達することができるので、センサの高感度化が可能になる。
【０００９】
しかしながら、上記の圧力センサでは、半導体チップのサイズが大きくなるという課題がある。例えば、特許文献１に開示された圧力センサの場合、円形のダイアフラムの外周縁に厚肉部を形成し、その上に短冊状の半導体チップの両端を固定している。そのため、例えば配管と接続される圧力センサの継手の径を大きくした場合、ダイアフラムの径も大きくなるので、それに応じて半導体チップを長くしなければならず、チップサイズが大きくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ひずみゲージが形成された半導体チップの小型化と高感度化を両立した圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る圧力センサは、測定対象の流体の圧力を受ける第１主面（３Ａ）と、第１主面の反対側の第２主面（３Ｂ）とを有するダイアフラム（３）と、ひずみゲージを構成する抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）が形成された矩形状の半導体チップ（１）と、一端が第２主面に固定され、他端が半導体チップに固定され、第２主面に垂設されて半導体チップを支持する絶縁材料から成る少なくとも三つの支持部材（２ａ，２ｂ，２ｃ）とを有し、支持部材のうち一つの支持部材（２ａ）は、平面視でダイアフラムの中心（３０）に設けられ、支持部材のうち他の少なくとも２つの支持部材（２ｂ，２ｃ）は、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わったときにダイアフラムが変形する領域内の、平面視でダイアフラムの中心に対して点対称の位置に夫々設けられていることを特徴とする。
【００１２】
上記圧力センサにおいて、半導体チップ、支持部材、およびダイアフラムを収容し、筒状に形成されたハウジング（４）を更に有し、ダイアフラムは、ハウジングの一方の端部（４Ａ）の開口部分を塞いで固定され、他の少なくとも２つの支持部材は、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わったときにハウジングの内壁（４Ｂ）に接触しない位置に固定されていてもよい。
【００１３】
上記圧力センサにおいて、他の少なくとも２つの支持部材は、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わりダイアフラムが変形したときにダイアフラムの傾きが最大となる領域（３Ｄ）に設けられていてもよい。
【００１４】
上記圧力センサにおいて、複数の抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）は、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わりダイアフラムが変形したときに支持部材を介して半導体チップに引張応力が発生する領域において、平面視で他の少なくとも２つの支持部材を結ぶ方向に直交する方向に並んで形成されていてもよい。
【００１５】
上記圧力センサにおいて、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わりダイアフラムが変形したときに半導体チップに引張応力が発生する領域に形成され、複数の抵抗のうち、ブリッジ回路において対向する抵抗同士は、平面視で半導体チップの中心（１１）に対して点対称となる位置に夫々形成されていてもよい。
【００１６】
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を括弧を付して記載している。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したことにより、本発明によれば、ひずみゲージが形成された半導体チップの小型化と高感度化を両立した圧力センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの構成を示す斜視断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの構成を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの構成を示す断面図である。
【図４】図４は、ブリッジ回路の構成を示す図である。
【図５】図５は、図３におけるダイアフラム、支持部材、および半導体チップの接合部分を拡大した図である。
【図６】図６は、ダイアフラムの支持面を示す平面図である。
【図７】図７は、ダイアフラムの変形したときの支持部材の変位を模式的に示す図である。
【図８】図８は、ダイアフラムの径方向の位置と、ダイアフラムの変位量および支持面の傾きとの関係を示す図である。
【図９】図９は、ダイアフラムが変形したときの支持部材および半導体チップの変位を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、半導体チップにおける複数の抵抗が形成される領域を説明するための図である。
【図１１】図１１は、半導体チップにおける抵抗の第１の配置例を示す図である。
【図１２】図１２は、半導体チップにおける抵抗の第２の配置例を示す図である。
【図１３】図１３は、半導体チップのＹ軸方向のずれ幅に対するブリッジ回路のスパン電圧の変動率を示す図である。
【図１４】図１４は、半導体チップのＸ軸方向のずれに対する各抵抗の応力の変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
【００２０】
〈圧力センサの全体構成〉
図１〜３は、本発明の一実施の形態に係る圧力センサの構成を示す図である。
図１には、本実施の形態に係る圧力センサ１００の斜視断面構造が示され、図２には、図１のＺ方向から見たときの圧力センサ１００の平面構造が示され、図３には、図２のＡ−Ａ断面における圧力センサ１００の断面構造が示されている。
【００２１】
図１〜３に示される圧力センサ１００は、測定対象の流体の圧力によってダイアフラムが撓んだときのダイアフラムの変位をひずみゲージが形成された半導体チップに伝達することにより、上記流体の圧力を検知する装置である。圧力センサ１００は、ダイアフラム上の変位が生じる位置に固定された少なくとも３つの支持部材によって半導体チップを支持する構造を有している。
【００２２】
具体的に、圧力センサ１００は、半導体チップ１、支持部材２ａ〜２ｃ、ダイアフラム３、およびハウジング４から構成されている。なお、図１〜３には、圧力センサ１００におけるダイアフラム３の撓みを半導体チップ１に伝達する機構が図示されており、半導体チップ１から出力される信号を処理する回路等のその他の機能部については図示を省略している。また、圧力センサ１００は、検知した圧力の値等の各種情報をユーザに提示するための表示部（例えば液晶ディスプレイ）等を更に有していてもよい。
【００２３】
半導体チップ１、支持部材２ａ〜２ｃ、およびダイアフラム３は、耐食性の高い金属材料から成るハウジング４に収容されている。ハウジング４は、図１〜３に示されるように、筒状に形成され、一方の端部４Ａが測定対象の流体が流れる配管と接続するための継手形状を有している。ハウジング４の内部は、例えば空気で満たされており、内壁４Ｂ側の圧力は例えば大気圧である。
【００２４】
半導体チップ１は、Ｓｉ等の半導体基板から構成されている。半導体チップ１には、半導体チップ１の応力によって発生するひずみを抵抗値の変化として検知するひずみゲージが形成されている。なお、半導体チップ１において抵抗Ｒ１〜Ｒ４が形成される位置については後で詳述する。
【００２５】
図４に示すように、上記ひずみゲージは、例えば半導体チップ１に形成された４つの抵抗（例えば拡散抵抗）Ｒ１〜Ｒ４から成るブリッジ回路１０によって構成されている。圧力センサ１００では、ブリッジ回路１０に一定の電流を流した状態において、半導体チップ１内部に発生した応力による抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値の変化を電圧の変化として検出することにより、測定対象の流体の圧力を測定することができる。
【００２６】
ここで、ブリッジ回路１０から出力されるスパン電圧Ｖｏは、下記の式（１）で表すことができる。ここで、ＶＡ，ＶＢは、図４におけるノードＡ，Ｂの夫々の電圧であり、Ｉは定電流源から供給される電流である。
【００２７】
【数１】
0006581900.tif 000002
【００２８】
ダイアフラム３は、測定対象の流体の圧力を受けるとともに、半導体チップ１および支持部材２ａ，２ｂ，２ｃを支持する膜である。ダイアフラム３は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、セラミックス、およびチタン等の耐食性の高い材料によって構成され、例えば平面視円形状に形成されている。
【００２９】
ダイアフラム３は、ハウジング４の端部４Ａ側に固定され、ハウジング４の端部４Ａの開口部分を塞いでいる。例えば、ダイアフラム３は、その外周縁がハウジング４の端部４Ａ側の内壁４Ｂと隙間なく接合されている。具体的に、ダイアフラム３は、測定対象の流体と接する受圧面（接液面）３Ａと、受圧面３Ａの反対側の面であって半導体チップ１および支持部材２ａ，２ｂ，２ｃを支持する支持面３Ｂとを有している。ダイアフラム３は、測定対象の流体から、支持面３Ｂに加わる圧力（例えば大気圧）よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わることにより、撓む。
【００３０】
支持部材２ａ，２ｂ，２ｃ（総称する場合には、「支持部材２」と表記する。）は、ダイアフラム３上に半導体チップ１を支持する柱として機能する部品である。支持部材２は、例えば角柱状（例えば四角柱状）に形成されている。また、支持部材２は、電気的な絶縁性を有する材料によって構成されている。より好ましくは、支持部材２は、電気的な絶縁性を有し、且つ熱伝導率のより小さい材料によって構成されている。支持部材２の材料としては、ガラス（例えばホウケイ酸ガラス（パイレックス、登録商標））を例示することができる。
【００３１】
支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの夫々は、一端がダイアフラム３の支持面３Ｂ上に固定され、他端が半導体チップ１に固定され、支持面３Ｂに垂設されて半導体チップ１を支持する。
【００３２】
〈支持部材２の接合構造〉
次に、ダイアフラム３、支持部材２、および半導体チップ１の接合構造について詳細に説明する。
【００３３】
図５は、図３におけるダイアフラム３、支持部材２、および半導体チップ１の接合部分を拡大した図である。
図２，５に示されるように、支持部材２ａの一方の端部は、半導体チップ１の一方の主面の中心部分に接合され、支持部材２ｂの一方の端部は、半導体チップ１の一方の主面の一辺側の端部に接合され、支持部材２ｃの一方の端部は、半導体チップ１の一方の主面における上記一辺と対向する辺側の端部に接合されている。
【００３４】
なお、図５では、半導体チップ１における支持部材２との接合部分が、半導体チップ１の他の部分に比べてＺ方向に厚肉状に形成されている場合を例示しているが、上記接合部分は上記他の部分と同じ厚さであってもよい。
【００３５】
また、支持部材２ａ〜２ｃの他方の端部は、ダイアフラム３の支持面３Ｂ上に固定されている。具体的には、図２，５に示されるように、支持部材２ａ〜２ｃは、支持面３Ｂにおいて、支持部材２ａ〜２ｃの夫々の中心軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃがダイアフラム３の支持面３Ｂ（Ｘ−Ｙ平面）に対して略垂直となるように、固定されている。
【００３６】
（１）支持部材２ａ
支持部材２ａは、支持面３Ｂにおけるダイアフラム３の中心３０に設けられている。具体的には、支持部材２ａは、平面視で、支持部材２ａの底面の中心がダイアフラム３の中心３０と一致して固定されている。
【００３７】
ここで、ダイアフラム３の中心３０とは、支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わったときにダイアフラム３のＺ軸方向の変位が最も大きくなる点であり、例えば、平面視円形のダイアフラム３の場合、中心３０はダイアフラム３（円）の中心点である。
【００３８】
上述したように、支持部材２ａは、ダイアフラム３の支持面３Ｂにおいて支持部材２ａの底面の中心とダイアフラム３の中心３０とが一致して固定されていることが望ましいが、支持部材２ａの底面の中心がダイアフラム３の中心３０から多少ずれていてもよい。具体的には、ダイアフラム３の半径を“ｒ”としたとき、例えば点３０を中心とした半径“ｒ＋１０％”の円の内側の範囲３Ｃ内に支持部材２ａの底面の中心が配置されていればよい。
【００３９】
（２）支持部材２ｂ，２ｃ
支持部材２ｂ，２ｃは、支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わったときにダイアフラム３が変形する領域において、平面視でダイアフラム３の中心３０（支持部材２ａ）に対して点対称となる位置に夫々設けられている。
【００４０】
換言すれば、支持部材２ｂ，２ｃは、支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わったときに支持部材２ｂ，２ｃがＺ軸に対して傾き、且つ平面視でダイアフラム３の中心３０に対して点対称となる位置に夫々固定されている。
【００４１】
好ましくは、支持部材２ｂ，２ｃは、支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わりダイアフラム３が変形したときに、Ｚ軸に対して傾き、且つハウジング４の内壁４Ｂに接触しない位置に夫々設けられている。
【００４２】
より好ましくは、支持部材２ｂ，２ｃは、支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わりダイアフラム３が変形したときに、ダイアフラム３の傾き（勾配）が最大となる位置に夫々設けられている。
【００４３】
ここで、ダイアフラム３の傾きが最大となる位置とは、図７に示すように、支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わってダイアフラム３が撓んだときに、ダイアフラム３の支持面３Ｂの傾きが最も大きくなる位置（点３１ｂ，３１ｃ）である。
【００４４】
図６に示すように、ダイアフラム３の傾きが最大となる点（点３１ｂ，３１ｃ等）は、ダイアフラム３の中心３０を中心点とする円３２を描く。したがって、支持部材２ｂ，２ｃの夫々の底面の中心が円３２上の中心３０に点対称な２点に夫々一致するように、支持部材２ｂ，２ｃを固定することにより、ダイアフラム３の変位を最も効率良く半導体チップ１に伝達することができ、圧力センサ１００のセンサ感度を最大化することができる。
【００４５】
上述のように、センサ感度を最大化したい場合には、支持部材２ｂ，２ｃをダイアフラム３の傾きが最大となる点に固定することが望ましいが、支持部材２ｂ，２ｃを固定する位置は、要求されるセンサ感度と半導体チップ１のチップサイズとを考慮して適宜定めればよい。例えば、図６に示すように、ダイアフラム３の傾きが最大となる点によって描かれる円３２を含む周辺の領域（以下、「ダイアフラム３の傾きが最大となる領域」と称する。）３Ｄ内において、支持部材２ｂ，２ｃを固定する位置を定めればよい。以下にその具体例を示す。
【００４６】
図８は、ダイアフラムの径方向の位置と、ダイアフラムの変位量および支持面の傾きとの関係を示す図である。図８において、横軸はダイアフラム３の半径を“１”としたときのダイアフラム３の中心からの相対的な距離を表し、縦軸はダイアフラム３の最大変位を“１”としたときの相対的な変位量と、ダイアフラム３の傾きの最大値を“１”としたときの相対的な傾きの大きさとを表している。また、図８において、参照符号３０１は、ダイアフラム３の中心からの相対距離に応じたダイアフラム３の変位量を表し、参照符号３０２は、ダイアフラム３の中心からの相対距離に応じたダイアフラム３の支持面３Ｂの傾きを表している。
【００４７】
図８に示すように、ダイアフラム３の点３１ｂ、３１ｃにおいてダイアフラム３の傾きが最も大きくなるが、ダイアフラム３の中心からの相対的な距離が“０．３５〜０．７７”の範囲であっても、最大の傾きに対して８０％以上の傾きが得られる。そこで、例えば、この範囲をダイアフラム３の傾きが最大となる領域３Ｄとし、支持部材２ｂ，２ｃの底面の中心がその領域３Ｄ内に位置するように支持部材２ｂ，２ｃを固定すれば、センサの高感度化を狙うことができる。
【００４８】
特に、ダイアフラム３の傾きが最大となる領域３Ｄのうち円３２の内側の領域（例えば相対距離が“０．３５〜０．５０”の範囲）に支持部材２ｂ，２ｃを配置することにより、半導体チップ１の長手方向のサイズを更に短くすることができる。
【００４９】
このように、ダイアフラム３の領域３Ｄ内において、支持部材２ｂ，２ｃを固定する位置を適宜定めることにより、センサの感度を保ちつつ、半導体チップ１を更に小型化することが可能となる。
【００５０】
〈圧力センサ１００の動作原理〉
図９は、ダイアフラム３が変形したときの支持部材２および半導体チップ１の変位を模式的に示す図である。
【００５１】
図９に示すように、ダイアフラム３の受圧面３Ａに支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が加わると、ダイアフラム３が撓む。このとき、支持部材２ａは、ダイアフラム３の中心３０に固定されていることから、Ｚ軸方向に大きく変位し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にはほとんど変位しない。これに対し、支持部材２ａ，２ｂは、ダイアフラム３の支持面３Ｂの中心３０から離れた位置において支持面３Ｂと略垂直に固定されていることから、Ｚ軸に対して傾く。すなわち、支持部材２ｂ，２ｃは、Ｚ軸方向の変位のみならず、Ｘ軸方向にも変位が生じる。より具体的には、支持部材２ｂ，２ｃは、ダイアフラム３の中心３０（支持部材２ａ）から離れる方向（ハウジング４の内壁４Ｂに近づく方向）に互いに傾く。
【００５２】
これにより、半導体チップ１が外側に引っ張られ、半導体チップ１の内部には引張応力が生じる。すなわち、支持部材２ａと支持部材２ｂとの間のＸ軸方向およびＹ軸方向の夫々の変位差に応じた引張応力が半導体チップ１の内部に発生する。したがって、半導体チップ１における上記引張応力が生じる領域に、上述したひずみゲージ（ブリッジ回路）を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ４を適切に形成しておくことにより、測定対象の流体の圧力を高精度に検知することが可能となる。
【００５３】
〈抵抗Ｒ１〜Ｒ４の配置〉
次に、半導体チップ１に形成される抵抗Ｒ１〜Ｒ４の配置について具体的に説明する。
図１０は、半導体チップ１において抵抗Ｒ１〜Ｒ４が形成される領域を説明するための図である。図１０の下段には、半導体チップ１の平面図が示され、図１０の上段には、上記下段の半導体チップ１の平面図に対応するＸ軸方向の距離を横軸とし、ダイアフラム３が撓んだときに半導体チップ１の内部に生じる応力を縦軸としたグラフが示されている。
【００５４】
図１０に示すように、抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、流体の圧力によってダイアフラム３が撓んだときに、半導体チップ１に生じる応力が正（＋）となる領域、すなわち半導体チップ１の内部に引張応力が生じる領域１０ａｂ，１０ａｃに形成される。
【００５５】
領域１０ａｂ，１０ａｃ内における抵抗Ｒ１〜Ｒ４の配置場所等は特に限定されないが、例えば、図１１，１２に示すように抵抗Ｒ１〜Ｒ４を配置することが望ましい。
【００５６】
図１１は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の第１の配置例を示す図であり、図１２は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の第２の配置例を示す図である。
【００５７】
図１１に示されるように、抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わりダイアフラム３が変形したときに支持部材２を介して半導体チップ１に引張応力が発生する領域において、平面視で二つ支持部材２ｂ，２ｃを結ぶ方向に直交する方向（Ｙ軸方向）に並べて形成してもよい。具体的には、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を、半導体チップ１の領域１０ａｂおよび領域１０ａｃの何れか一方の領域内に、半導体チップの短手方向に並べて形成してもよい。
【００５８】
また、図１２に示されるように、抵抗Ｒ１〜Ｒ４のうち、ブリッジ回路１０において対向する抵抗同士を、平面視で半導体チップ１の中心１１に対して点対称となる位置に夫々形成してもよい。より具体的には、平面視で、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３を半導体チップ１の中心１１に対して点対称に配置し、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４とを半導体チップ１の中心１１に対して点対称に配置してもよい。
【００５９】
図１３は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を図１１のように配置した場合の、半導体チップ１のダイアフラム３に対するＹ軸方向の位置ずれに対するブリッジ回路のスパン電圧の変動を示すシミュレーション結果である。
図１３において、横軸はダイアフラム３の径に対する半導体チップ１のずれ幅の割合を表し、縦軸は抵抗Ｒ１〜Ｒ４から成るブリッジ回路のスパン電圧の変動率〔％ＦＳ〕を表している。
【００６０】
図１３から理解されるように、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を図１１のように配置した場合、ダイアフラム３の径に対する半導体チップ１の短手方向（Ｙ軸方向）のずれを±５％以内に抑えることにより、スパン電圧の変動を１％ＦＳ以内に抑えることができる。
【００６１】
したがって、上記のように抵抗Ｒ１〜Ｒ４を半導体チップ１上に形成することにより、ダイアフラム３に対する半導体チップ１のＹ軸方向の位置ずれの許容度を大きくすることができる。この効果は、ブリッジ回路１０において対向する抵抗同士を半導体チップ１の中心１１に対して点対称となる位置に夫々形成した場合（図１２参照）も同様に得られる。
【００６２】
更に、図１２に示すようにブリッジ回路１０において対向する抵抗同士を半導体チップ１の中心１１に対して点対称となる位置に夫々形成した場合には、ダイアフラム３に対する半導体チップ１のＸ軸方向の位置ずれの影響を低減することも可能である。
【００６３】
図１４は、半導体チップのＹ軸方向のずれ幅に対するブリッジ回路のスパン電圧の変動率を示す図である。図１４には、図１２のように抵抗Ｒ１〜Ｒ４を配置した半導体チップ１に圧力を加えたときの半導体チップ１の応力分布のシミュレーション結果が示されている。図１４において、横軸はダイアフラム３の中心３０を原点したＸ軸方向の位置を表し、縦軸は半導体チップ１の応力を表している。
【００６４】
図１４に示されるように、半導体チップ１の中心１１とダイアフラム３の中心３０とが一致する場合、ブリッジ回路１０において対向する抵抗同士（Ｒ１とＲ３、およびＲ２とＲ４）を半導体チップ１の中心１１に対して点対称に配置すると、対向する抵抗の夫々に加わる応力は等しくなる。これに対し、半導体チップ１の中心１１がダイアフラム３の中心３０からＸ軸の正負何れかの方向にずれた場合、対向する抵抗の一方に加わる応力は小さくなり、対向する抵抗の他方に加わる応力は大きくなる。例えば、図１４に示すように、半導体チップ１がＸ軸の正方向にずれた場合、抵抗Ｒ１に加わる応力が増加する一方、抵抗Ｒ３に加わる応力が低下する。同様に、抵抗Ｒ４に加わる応力が増加する一方、抵抗Ｒ２に加わる応力が低下する。
【００６５】
このように、半導体チップ１がダイアフラム３の中心３０からＸ軸方向にずれた場合、対向する抵抗同士に逆方向の応力変化が発生するので、スパン電圧Ｖｏを表す上述した式（１）における抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値の変化がキャンセルされる。
したがって、ブリッジ回路１０において対向する抵抗同士（Ｒ１とＲ３、およびＲ２とＲ４）を半導体チップ１の中心１１に対して点対称に配置することにより、ダイアフラム３に対する半導体チップ１のＸ軸方向の位置ずれに基づくブリッジ回路１００のスパン電圧Ｖｏへの影響を小さくすることができる。
【００６６】
〈圧力センサ１００の効果〉
以上、本発明に係る圧力センサによれば、上述したように、ダイアフラム３の中心３０において支持面３Ｂに対して略垂直に固定された支持部材２ａと、ダイアフラム３が変形する領域内のダイアフラムの中心３０に対して点対称の位置において支持面３Ｂに対して略垂直に固定された２つの支持部材２ｂ，２ｃとによって、ひずみゲージが形成された半導体チップを支持する構造を有しているので、ダイアフラム３が撓んだときに、支持部材２ａの両側に配置された支持部材２ｂ，２ｃが外側に傾くことより、ダイアフラム３の変位に応じた引張応力を半導体チップ１の内部に効率よく発生させることができる。
【００６７】
また、圧力センサ１００によれば、半導体チップの両端部を支持する支持部材２ｂ，２ｃをダイアフラム３が変形する領域に固定しているので、従来の荷重変換型の圧力センサのように、実質的に変動しない位置、すなわちダイアフラム３が変形する部分よりも外側の位置に支持部材２ｂ，２ｃを固定する場合に比べて、半導体チップのチップサイズを小さくすることができる。
【００６８】
以上のように、本発明に係る圧力センサ１００によれば、半導体チップの小型化と高感度化を両立することが可能となる。
【００６９】
また、圧力センサ１００において、支持部材２ｂ，２ｃを、流体からの圧力によってダイアフラム３が撓んだときに、支持部材２ｂ，２ｃがＺ軸に対して傾き、且つハウジング４の内壁４Ｂに接触しない位置に固定することにより、支持部材２ｂ，２ｃの傾きがハウジング４の内壁４Ｂによって制限されないので、圧力センサ１００の検出可能な圧力レンジを拡大することが可能となる。
【００７０】
また、支持部材２ｂ，２ｃをダイアフラム３の傾きが最大となる点３１ｂ，３１ｂに固定することにより、上述したように、センサ感度を更に向上させることができる。また、支持部材２ｂ，２ｃをダイアフラム３の傾きが最大となる領域３Ｄに固定することにより、上述したように、高いセンサ感度を保ちつつ、半導体チップの更なる小型化が可能となる。
【００７１】
また、ブリッジ回路１００を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ４を、半導体チップ１に引張応力が発生する領域内に半導体チップ１の短手方向に並べて配置することにより（図１１参照）、上述したように、ダイアフラム３に対する半導体チップ１の短手方向の位置ずれの許容度を大きくすることができるので、圧力センサ１００の高感度化が期待できる。
【００７２】
また、ブリッジ回路１０において対向する抵抗同士を、半導体チップ１に引張応力が発生する領域内の半導体チップ１の中心１１に対して点対称となる位置に夫々形成することにより（図１２参照）、上述したように、ダイアフラム３に対する半導体チップ１のＹ軸方向の位置ずれの許容度を大きくすることができるだけでなく、ダイアフラム３に対する半導体チップ１のＸ軸方向の位置ずれの影響を低減することができるので、圧力センサ１００の更なる高感度化が期待できる。
【００７３】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００７４】
例えば、上記実施の形態において、支持部材２が角柱状である場合を例示したが、円柱状であってもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１００…圧力センサ、１…半導体チップ、２，２ａ，２ｂ，２ｃ…支持部材、３…ダイアフラム、３Ａ…受圧面、３Ｂ…支持面、３Ｃ…中心領域、３Ｄ…ダイアフラムの傾きが最大となる領域、３０…ダイアフラムの中心、３１ｂ，３１ｃ…ダイアフラムの傾きが最大となる点、３２…円、４…ハウジング、４Ａ…ハウジングの端部、４Ｂ…ハウジングの内壁、１０…ブリッジ回路、Ｒ１〜Ｒ４…抵抗、１０ａｂ，１０ａｃ…領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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