(57)【要約】【課題】  静圧特性が良好、安価、簡便の圧力センサを提供する。【解決手段】  圧力が印加される穴を有し、電気的且つ機械的な絶縁を施す台座と、前記穴に接続するダイアフラムと前記ダイアフラムに発生する歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを有し、前記台座と接合するセンサとを備える圧力センサにおいて、前記台座は、静圧印加のときの前記歪みが変化を生じない厚さに形成することを特徴とする圧力センサ。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力が印加される穴を有し、電気的且つ機械的な絶縁を施す台座と、
前記穴に接続するダイアフラムと前記ダイアフラムに発生する歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを有し、前記台座と接合するセンサと
を備える圧力センサにおいて、
前記台座は、静圧印加のときの前記歪みが変化を生じない厚さに形成することを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記センサは、シリコンで形成されることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記台座は、ガラスで形成されることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記台座と前記センサとの間に形成する溝を備えることを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記穴を有し、前記台座に接合する金属台座と、前記台座と前記金属台座との間に形成する溝とを備えることを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。
【請求項６】
圧力が印加される穴を有し、電気的且つ機械的な絶縁を施す台座と、
前記穴に接続するダイアフラムと前記ダイアフラムに発生する歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを有し、前記台座と接合するセンサと
を備える圧力センサにおいて、
前記台座の弾性率Ｅｇｌａｓｓと前記台座の厚さｔｇｌａｓｓと前記センサの弾性率ＥＳｉと前記センサの厚さｔＳｉとは以下の式をほぼ満足することを特徴とする圧力センサ。
Ｅｇｌａｓｓ・ｔｇｌａｓｓ≒ＥＳｉ・ｔＳｉ
【請求項７】
圧力が印加される穴を有し、電気的且つ機械的な絶縁を施す台座と、
前記穴に接続するダイアフラムと前記ダイアフラムに発生する歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを有し、前記台座と接合するセンサと
を備える圧力センサにおいて、
前記台座の厚さは、静圧によって発生する前記歪みが、前記静圧によって発生する前記台座と接合しないセンサの有するダイアフラムに発生する歪みに等しくなるように形成することを特徴とする圧力センサ。
【請求項８】
圧力が印加される穴を有し、電気的且つ機械的な絶縁を施す台座と、
前記穴に接続するダイアフラムと前記ダイアフラムに発生する歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを有し、前記台座と接合するセンサと
を備える圧力センサの製造方法において、
前記圧力センサとは別に、前記圧力センサから前記台座を削除した構成を形成するステップ、
前記歪みゲージに発生する第１歪みと、前記構成の歪みゲージに発生する第２歪みとを比較するステップ、
前記第１歪みと前記第２歪みとが異なるときに、前記台座の厚さを変更するステップ、
を備えることを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項９】
前記台座の厚さを変更するステップは、前記第１歪みが前記第２歪みよりも大きいときは前記台座の厚さを大きくし、前記第１歪みが前記第２歪みよりも小さいときは前記台座の厚さを小さくすることを特徴とする請求項８記載の圧力センサの製造方法。
【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、特に、静圧特性が良好、安価、簡便の圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧力センサは、シリコン台座９と溝１０とを備えるものもある（例えば、特許文献１参照。）。その詳細について、図６を用いて説明する。図６は、従来の圧力センサの断面図である。
【０００３】
同図において、金属台座である金属５は圧力が印加される穴６を有する。また、台座であるガラス４も圧力が印加される穴６を有する。さらに、ガラス４と金属５とはＡｕ共晶接合等により接合する。そして、ガラス４は電気的且つ機械的な絶縁を施す。
【０００４】
また、シリコン台座９は圧力が印加される穴６を有する。さらに、シリコン台座９とガラス４とは接合する。また、シリコン台座９とガラス４との間は溝１０を有する。
【０００５】
さらに、センサであるシリコンセンサ１は穴６に接続するダイアフラム２を有する。また、シリコンセンサ１はダイアフラム２に発生する歪み（変位）を電気信号に変換する歪みゲージ３を有する。さらに、シリコンセンサ１の一方の面とシリコン台座９とは接合する。
【０００６】
また、シリコンセンサ１の他方の面は室Ｂに接する。さらにまた、穴６及びダイアフラム２は室Ａを形成する。
【０００７】
さらに、シリコンセンサ１、シリコン台座９、ガラス４その他の図６の従来例には静圧が印加される。
【０００８】
このような、図６の従来例は、穴６に印加する圧力を電気信号に変換する。そして、図６の従来例の歪みゲージ３は、室Ａと室Ｂとの圧力差並びに静圧に基づく電気信号を生成する。
【０００９】
また、静圧の印加において、シリコンセンサ１及びシリコン台座９とガラス４とは、それぞれ変形する。そして、シリコンセンサ１及びシリコン台座９はヤング率が大きいため小さく変形し、ガラス４はヤング率が小さいため大きく変形する。
【００１０】
また、図６の従来例のシリコン台座９及び溝１０は、ガラス４の変形による影響がシリコンセンサ１の歪みゲージ３に伝達することを抑制する。そして、溝１０はシリコン台座９とガラス４との接合面積を小さくする。
【００１１】
さらに、従来の圧力センサ（半導体圧力変換装置）は、圧力差検出の構成と静圧検出の構成とを別々に独立して備えると共に、静圧信号の出力を大きくしながら差圧信号への干渉を低減させる構成を備えるものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【００１２】
【特許文献１】実開平５−５０３３５号公報
【特許文献２】特許第２６５６５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図６の従来例は、静圧の印加（静圧特性）において誤差を有するという課題がある。
【００１４】
詳しくは、静圧の印加のときに、シリコンのヤング率とガラスのヤング率とが異なるため、シリコンセンサ１及びシリコン台座９の変形とガラス４の変形とは異なり、歪みゲージ３には、ガラスの変形に基づく歪みが生じる。
【００１５】
また、ガラス４は、遅延弾性、粘弾性などの特性があるため、ダイアフラム２に歪みを生じさせ、歪みゲージ３に歪みを生じさせ、図６の従来例に誤差を生じさせる。
【００１６】
また、図６の従来例のシリコン台座９及び溝１０は、部品点数が増加し、加工工程が増加し、コストが高いという課題がある。
【００１７】
さらに、溝１０の形成は、接合の歩留まりを悪化させるという課題がある。また、溝１０の形成は、耐圧を低下させるという課題がある。
【００１８】
一方、特許文献２の従来例は、静圧特性の誤差を抑制するものではなく、良好な静圧特性が得られないという課題がある。
【００１９】
本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、静圧特性が良好、安価、簡便の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】
【００２０】
このような目的を達成する本発明は、次の通りである。
（１）圧力が印加される穴を有し、電気的且つ機械的な絶縁を施す台座と、前記穴に接続するダイアフラムと前記ダイアフラムに発生する歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを有し、前記台座と接合するセンサとを備える圧力センサにおいて、前記台座は、静圧印加のときの前記歪みが変化を生じない厚さに形成することを特徴とする圧力センサ。
【００２１】
（２）前記センサは、シリコンで形成されることを特徴とする（１）記載の圧力センサ。
【００２２】
（３）前記台座は、ガラスで形成されることを特徴とする（１）または（２）の何れかに記載の圧力センサ。
【００２３】
（４）前記台座と前記センサとの間に形成する溝を備えることを特徴とする（３）記載の圧力センサ。
【００２４】
（５）前記穴を有し、前記台座に接合する金属台座と、前記台座と前記金属台座との間に形成する溝とを備えることを特徴とする（３）記載の圧力センサ。
【００２５】
（６）圧力が印加される穴を有し、電気的且つ機械的な絶縁を施す台座と、前記穴に接続するダイアフラムと前記ダイアフラムに発生する歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを有し、前記台座と接合するセンサとを備える圧力センサにおいて、前記台座の弾性率Ｅｇｌａｓｓと前記台座の厚さｔｇｌａｓｓと前記センサの弾性率ＥＳｉと前記センサの厚さｔＳｉとは以下の式をほぼ満足することを特徴とする圧力センサ。
Ｅｇｌａｓｓ・ｔｇｌａｓｓ≒ＥＳｉ・ｔＳｉ
【００２６】
（７）圧力が印加される穴を有し、電気的且つ機械的な絶縁を施す台座と、前記穴に接続するダイアフラムと前記ダイアフラムに発生する歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを有し、前記台座と接合するセンサとを備える圧力センサにおいて、前記台座の厚さは、静圧によって発生する前記歪みが、前記静圧によって発生する前記台座と接合しないセンサの有するダイアフラムに発生する歪みに等しくなるように形成することを特徴とする圧力センサ。
【００２７】
（８）圧力が印加される穴を有し、電気的且つ機械的な絶縁を施す台座と、前記穴に接続するダイアフラムと前記ダイアフラムに発生する歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを有し、前記台座と接合するセンサとを備える圧力センサの製造方法において、前記圧力センサとは別に、前記圧力センサから前記台座を削除した構成を形成するステップ、前記歪みゲージに発生する第１歪みと、前記構成の歪みゲージに発生する第２歪みとを比較するステップ、前記第１歪みと前記第２歪みとが異なるときに、前記台座の厚さを変更するステップ、を備えることを特徴とする圧力センサの製造方法。
【００２８】
（９）前記台座の厚さを変更するステップは、前記第１歪みが前記第２歪みよりも大きいときは前記台座の厚さを大きくし、前記第１歪みが前記第２歪みよりも小さいときは前記台座の厚さを小さくすることを特徴とする（８）記載の圧力センサの製造方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば次のような効果がある。
本発明によれば、静圧特性が良好の圧力センサを提供できる。また、安価の圧力センサを提供できる。さらに、簡便な圧力センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、図１に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例の断面図である。なお、図６の従来例と同一の要素には同一符号を付す。
【００３１】
図１の実施例の特徴は、台座であるガラス４の厚さｔｇｌａｓｓにある。
【００３２】
同図において、金属台座である金属５は圧力が印加される穴６を有する。また、台座であるガラス４も圧力が印加される穴６を有する。さらに、ガラス４と金属５とは、例えば、Ａｕ共晶接合等により接合する。そして、ガラス４は電気的且つ機械的な絶縁を施す。
【００３３】
また、センサであるシリコンセンサ１は穴６に接続するダイアフラム２を有する。さらに、シリコンセンサ１はダイアフラム２の変位を電気信号に変換する歪みゲージ３を有する。また、シリコンセンサ１とガラス４とは、例えば、陽極接合等により接合する。
【００３４】
さらに、ガラス４はガラス４の厚さｔｇｌａｓｓを備え、シリコンセンサ１はシリコンセンサの厚さｔＳｉを備える。そして、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓは、静圧印加のときの歪みゲージ３に発生する歪みが変化を生じない厚さに形成する。
【００３５】
詳しくは、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓは、ガラス４の弾性率Ｅｇｌａｓｓ、シリコンセンサ１の弾性率ＥＳｉとし、式（１）をほぼ満足する値に形成する。
Ｅｇｌａｓｓ・ｔｇｌａｓｓ≒ＥＳｉ・ｔＳｉ    （１）
【００３６】
また、歪みゲージ３は、図１のように、ダイヤフラム２の中心よりもｘ方向にずれた場所に形成する。
【００３７】
このような、図１の実施例は、図６の従来例と同様に、穴６に印加する圧力を電気信号に変換する。また、図１の実施例の歪みゲージ３は、図６の従来例の歪みゲージ３と同様に、圧力差並びに静圧に基づく電気信号を生成する。
【００３８】
まず、図２を用いて図１の実施例における静圧印加のときの特性を詳細に説明する。図２は、図１の実施例における静圧印加のときの断面図である。また、図２の断面図の形状は誇張されている。さらに、金属５の記載は省略する。
【００３９】
一方、図１及び図２の実施例からガラス４を削除した（シリコンセンサ及び歪みゲージのみの）構成において、シリコンセンサ１は、静圧印加によって体積が減少する方向に変形する。このとき、歪みゲージ３には、ｘ方向の歪み−εSiが発生する。なお、歪み−εSiは、ガラス４と接合しないシリコンセンサの有するダイアフラムに発生する歪みに相当する。
【００４０】
他方、図１及び図２の実施例からシリコンセンサ１を削除したものに相当する（ガラス及び歪みゲージのみの）構成において、ガラス４は、静圧印加によって体積が減少する方向に変形する。また、ガラスはシリコンよりもヤング率が小さいため大きく変形する。そして、このとき、歪みゲージ３には、ｘ方向の歪み−Δεglass１が発生する。
【００４１】
また、図１及び図２の実施例において、シリコンセンサ１及びガラス４は、図２のように反り（たわみ）が発生し、凸形状に変形する。そして、歪みゲージ３には、この凸形状への変形に基づくｘ方向の引っ張り歪みΔεglass2が発生する。
【００４２】
したがって、図１及び図２の実施例の歪みゲージ３には、歪み−εSiと、歪み−Δεglass１と、引っ張り歪みΔεglass2とが発生する。即ち、図１及び図２の実施例の歪みゲージ３には、歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）が発生する。
【００４３】
そして、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓが大きいとき、ガラス４に加わる力が大きくなるため、歪み−Δεglass１の絶対値は大きくなると共に、凸形状の変形は小さくなるため、引っ張り歪みΔεglass2の絶対値は小さくなる。
【００４４】
また、厚さｔｇｌａｓｓが小さいときは、ガラス４に加わる力が小さくなるため歪み−Δεglass１の絶対値は小さくなると共に、凸形状の変形は大きくなるため、引っ張り歪Δεglass2の絶対値は大きくなる。
【００４５】
よって、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓが所定の値のとき、歪みゲージ３に発生する、ガラス４の変形に基づく歪み−Δεglass１と、凸形状に変形に基づく引っ張り歪みΔεglass2とはつり合い、キャンセルする。
【００４６】
したがって、このとき、図１及び図２の実施例の歪みゲージ３には、歪み−εSiのみが発生する。即ち、図１及び図２の実施例における静圧によって発生する歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）は、図１及び図２の実施例からガラス４を削除した構成における静圧によって発生する歪み−εSiに等しくなる。
【００４７】
以上のことにより、図１の実施例は、静圧の印加のとき、誤差が生じない。
【００４８】
そして、このような図１の実施例の製造方法を説明する。
第１に、図１の実施例とは別に、図１の実施例からガラス４を削除した構成を形成するステップを実行する。
【００４９】
第２に、図１の実施例の歪みゲージ３に発生する歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）と、図１の実施例からガラス４を削除した構成の歪みゲージ３に発生する歪み−εSiとを比較するステップを実行する。
【００５０】
そして、歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）と歪み−εSiとが異なるときは、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓを変更する。
【００５１】
なお、歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）が歪み−εSiよりも大きいときはガラス４の厚さｔｇｌａｓｓを大きくし、歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）が歪み−εSiよりも小さいときはガラス４の厚さｔｇｌａｓｓを小さくする。
【００５２】
次に、図３を用いて、図１の実施例における静圧印加のときの特性を再度詳しく説明する。図３は、図１の実施例における、（Ｅｇｌａｓｓ・ｔｇｌａｓｓ）／（ＥＳｉ・ｔＳｉ）に対する歪みゲージ３に発生する歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）の特性図である。また、パラメータは、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓとする。なお、図３はＦＥＭにおける計算結果である。
【００５３】
同図において、（Ｅｇｌａｓｓ・ｔｇｌａｓｓ）／（ＥＳｉ・ｔＳｉ）が増加するとき歪みは減少する。そして、（Ｅｇｌａｓｓ・ｔｇｌａｓｓ）／（ＥＳｉ・ｔＳｉ）がほぼ１となるとき、即ち、図３中のポイントＺのとき、歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）の値は−εSiとなる。
【００５４】
即ち、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓを薄く形成すると、歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）は減少するのみならず、歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）の値が−εSiとなる場合があることが新しく分かった。したがって、歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）の値が−εSiとなるガラス４の厚さｔｇｌａｓｓを備える図１の実施例は、好適な特性を有する。なお、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓを更に薄く形成すると歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）は増加する。
【００５５】
また、このような図１の実施例は、シリコンセンサ１とガラス４との接合面が広いため、高い耐圧が得られると共に、安定な特性が得られる。
【００５６】
さらに、図１の実施例は部品点数が少ない。また、図１の実施例は形状が単純で加工工程が簡便となる。このようなことから、図１の実施例は低コストとなる。
【００５７】
また、このような図１の実施例は、好適な静圧特性のみならず、好適な温度特性を有する。
【００５８】
また、図４は本発明の他の実施例における断面図である。図１の実施例と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００５９】
図４の実施例の特徴は、溝７にある。
【００６０】
同図において、溝７はガラス４とシリコンセンサ１との間に形成する。溝７は、ガラス４とシリコンセンサ１との接合面を小さくする。
【００６１】
また、図４の実施例におけるガラス４の厚さｔｇｌａｓｓは、図１の実施例の場合と同様に、静圧印加のときの歪みゲージ３に発生する歪みが変化を生じない厚さに形成する。
【００６２】
このような、図４の実施例は、図１の実施例と同様に、静圧の印加のとき、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓが所定の値のとき、歪みゲージ３に発生する応力はキャンセルするため、誤差が生じない。
【００６３】
さらに、溝７は、ガラス４の変形がシリコンセンサ１に伝達することを抑制する。そして、このような溝７の作用と、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓによる変形がつり合う作用とは、相性が良いため、図７の実施例は更に好適な特性が得られる。
【００６４】
また、図４の実施例の溝７は図６の従来例の溝１０よりも小さくできるため、図４の実施例は図６の従来例よりも接合の歩留まりが向上し耐圧が向上する。
【００６５】
さらに、図５は本発明の他の実施例における断面図である。図１の実施例と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００６６】
図５の実施例の特徴は、金属５と溝８とにある。
【００６７】
同図において、溝８はガラス４と金属５との間に形成する。溝８は、ガラス４と金属５との接合面を小さくする。
【００６８】
また、図５の実施例におけるガラス４の厚さｔｇｌａｓｓは、図１の実施例の場合と同様に、静圧印加のときの歪みゲージ３に発生する歪みが変化を生じない厚さに形成する。
【００６９】
このような、図５の実施例は、図１の実施例と同様に、静圧の印加のとき、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓが所定の値のとき、歪みゲージ３に発生する応力はキャンセルするため、誤差が生じない。
【００７０】
さらに、溝８は、金属５の変形がシリコンセンサ１に伝達することを抑制する。そして、このような溝８の作用と、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓによる変形がつり合う作用とは、相性が良いため、図５の実施例は更に好適な特性が得られる。
【００７１】
また、図５の実施例において、金属５の変形を考慮して、ガラス４の厚さｔｇｌａｓｓを調整すれば、シリコンセンサ１の変形とガラス４の変形と金属の変形とがつり合うようにできる。このような、図５の実施例は、シリコンセンサ１の変形の影響とガラス４の変形の影響のみならず、金属５の変形の影響をキャンセルできるため、更に好適な特性が得られる。
【００７２】
また、前述の例では、センサはシリコンで形成され、台座はガラスで形成されるものであったが、これとは別に、センサをシリコン以外で形成し、台座をガラス以外で形成しても、同様の作用及び効果を得ることができる。
【００７３】
以上のことにより、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で更に多くの変更及び変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施例の断面図である。
【図２】図１の実施例における静圧印加のときの断面図である。
【図３】図１の実施例における、（Ｅｇｌａｓｓ・ｔｇｌａｓｓ）／（ＥＳｉ・ｔＳｉ）に対する歪み（−εSi−Δεglass１＋Δεglass2）の特性図である。
【図４】本発明の他の実施例における断面図である。
【図５】本発明の他の実施例における断面図である。
【図６】従来の圧力センサの断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  シリコンセンサ（センサ）
２  ダイアフラム
３  歪みゲージ
４  ガラス（台座）
５  金属
６  穴
７，８  溝
ｔＳｉ  シリコンセンサの厚さ（センサの厚さ）
ｔｇｌａｓｓ  ガラスの厚さ（台座の厚さ）
ＥＳｉ  シリコンセンサの弾性率（センサの弾性率）
Ｅｇｌａｓｓ  ガラスの弾性率（台座の弾性率）
【図１】
2005221351.tif 000003
【図２】
2005221351.tif 000004
【図３】
2005221351.tif 000005
【図４】
2005221351.tif 000006
【図５】
2005221351.tif 000007
【図６】
2005221351.tif 000008