(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉のダイヤフラム部が形成された半導体基板によって構成されたセンサチップ（６０、７０）と、前記センサチップが貼り付けられた台座（６１）とを有し、前記センサチップと前記台座との間に基準室（６０ａ）が設けられた圧力センサにおいて、
前記ダイヤフラム部には、ゲージ抵抗（Ｒａ〜Ｒｄ）によって形成された圧力検出用ブリッジ回路が備えられ、該圧力検出用ブリッジ回路により圧力に応じた電気信号を出力するようになっていると共に、前記圧力検出用ブリッジ回路とは異なる部位に配置されたゲージ抵抗（Ｒａ’〜Ｒｄ’）によって形成された故障検出用ブリッジ回路が備えられ、該故障検出用ブリッジ回路により前記圧力検出用ブリッジ回路とは異なる感度で圧力に応じた電気信号を出力するようになっており、
前記故障検出用ブリッジ回路が高感度で、前記圧力検出用ブリッジ回路が低感度となっていて、
前記故障検出用ブリッジ回路を形成するゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム部のうち最も引張応力がかかる部位と最も圧縮応力がかかる部位とに備えられていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
薄肉のダイヤフラム部が形成された半導体基板によって構成されたセンサチップ（６０、７０）と、前記センサチップが貼り付けられた台座（６１）とを有し、前記センサチップと前記台座との間に基準室（６０ａ）が設けられた圧力センサにおいて、
前記ダイヤフラム部には、ゲージ抵抗（Ｒａ〜Ｒｄ）によって形成された圧力検出用ブリッジ回路が備えられ、該圧力検出用ブリッジ回路により圧力に応じた電気信号を出力するようになっていると共に、前記圧力検出用ブリッジ回路とは異なる部位に配置されたゲージ抵抗（Ｒａ’〜Ｒｄ’）によって形成された故障検出用ブリッジ回路が備えられ、該故障検出用ブリッジ回路により前記圧力検出用ブリッジ回路とは異なる感度で圧力に応じた電気信号を出力するようになっており、
前記故障検出用ブリッジ回路が高感度で、前記圧力検出用ブリッジ回路が低感度となっていて、
前記圧力検出用ブリッジ回路を形成する前記ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム部の中央部と周縁部の中間位置に備えられていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
前記圧力検出用ブリッジ回路を形成する前記ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム部のうち最も引張応力が小さくなる部位と最も圧縮応力が小さくなる部位とに備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
薄肉のダイヤフラム部が形成された半導体基板によって構成されたセンサチップ（６０、７０）と、前記センサチップが貼り付けられた台座（６１）とを有し、前記センサチップと前記台座との間に基準室（６０ａ）が設けられた圧力センサにおいて、
前記ダイヤフラム部には、ゲージ抵抗（Ｒａ〜Ｒｄ）によって形成された圧力検出用ブリッジ回路が備えられ、該圧力検出用ブリッジ回路により圧力に応じた電気信号を出力するようになっていると共に、前記圧力検出用ブリッジ回路とは異なる部位に配置されたゲージ抵抗（Ｒａ’〜Ｒｄ’）によって形成された故障検出用ブリッジ回路が備えられ、該故障検出用ブリッジ回路により前記圧力検出用ブリッジ回路とは異なる感度で圧力に応じた電気信号を出力するようになっており、
前記故障検出用ブリッジ回路が高感度で、前記圧力検出用ブリッジ回路が低感度となっていて、
前記圧力検出用ブリッジ回路を形成する前記ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム部のうち最も引張応力が小さくなる部位と最も圧縮応力が小さくなる部位とに備えられていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項５】
前記故障検出用ブリッジ回路は、４つのゲージ抵抗を有するフルブリッジ回路で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出する圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧力センサにおいては、半導体基板に薄肉のダイヤフラム部を形成し、このダイヤフラム部の中央部および周辺部に圧力検出素子（ゲージ抵抗）を２つずつ形成してホイートストンブリッジ回路を構成している。そして、ダイヤフラム部に圧力が印加されると、ピエゾ抵抗効果によって圧力検出素子の抵抗値が変化し、この結果として中央部および周辺部の圧力検出素子における中点電位に電位差（出力電圧）を生じる。圧力センサでは、この出力電圧に適当な増幅、調整処理を施して圧力に応じた電気信号を出力するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、圧力センサはブリッジ回路が出力する電位差を増幅、調整している。このため、例えばブリッジ回路が汚染や傷等によって誤った電位差を発生した場合には、そのまま誤った電気信号を出力してしまう可能性がある。
【０００４】
このような圧力センサの故障を検出する機能を備えた圧力センサとして、特表平１０−５０６７１８号公報に記載された圧力センサがある。この圧力センサは、１つのダイヤフラム内での応力分布状況の異常を検知するために、ダイヤフラム部を中央から２分割し、それぞれにブリッジ回路を形成して両者の電圧出力を比較してずれを検知して故障を検出している。しかしながら、この圧力センサでは、ダイヤフラム部を中央から２分割している。このため圧力を検出するセンシング部が従来の２倍必要であり、ダイヤフラム部の面積が大きなものとなってしまうため圧力センサの小型化が難しいという問題がある。
【０００５】
また、圧力センサには、陽極接合によりセンサチップを台座に貼り付けることによって圧力基準室を形成し、この圧力基準室と外部圧力との圧力差に基づいて圧力検出を行うものがある。この圧力センサにおけるセンサチップの台座への貼り付けは、センサチップに形成されたアルミ配線等の酸化防止のために通常は真空中で行われる。このため、圧力基準室内は真空状態（絶対圧でゼロ気圧）となる。
【０００６】
この圧力センサを極めて高い圧力がかけられる箇所（例えばブレーキ液圧検出）での圧力検出に用いる場合、広い範囲で変化する圧力とセンサ出力として用いる電圧範囲とを対応させる必要があることから、圧力センサの感度が低く設定される。
【０００７】
このため、通常のセンサ出力を監視するだけでは故障を検出できないという問題がある。
【０００８】
また、センサチップと台座との貼り合せが剥がれた場合というのは、圧力基準室内と外部とが連通して基準室圧力と外部圧力とがほぼ同等になる場合であり、上述の故障検出方式のように同一圧力を２系統の信号として検出し、それらを相互に比較しても同様の信号が現われるため、故障検出を行うことができない。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、ブリッジ回路の抵抗値が故障により変化した場合に、確実に故障を検出することができる圧力センサを提供することを目的とし、さらに小型化可能な圧力センサを提供することを他の目的とする。
【００１０】
また、センサチップと台座との貼り合せによって形成される基準室の気密不良による故障検出が行えるようにすることも目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１ないし５に記載の発明では、薄肉のダイヤフラム部が形成された半導体基板によって構成されたセンサチップ（６０、７０）と、センサチップが貼り付けられた台座（６１）とを有し、センサチップと台座との間に基準室（６０ａ）が設けられた圧力センサにおいて、ダイヤフラム部には、ゲージ抵抗（Ｒａ〜Ｒｄ）によって形成された圧力検出用ブリッジ回路が備えられ、該圧力検出用ブリッジ回路により圧力に応じた電気信号を出力するようになっていると共に、圧力検出用ブリッジ回路とは異なる部位に配置されたゲージ抵抗（Ｒａ’〜Ｒｄ’）によって形成された故障検出用ブリッジ回路が備えられ、該故障検出用ブリッジ回路により圧力検出用ブリッジ回路とは異なる感度で圧力に応じた電気信号を出力するようになっており、故障検出用ブリッジ回路が高感度で、圧力検出用ブリッジ回路が低感度となっていることを特徴としている。
【００２６】
このように、低感度の圧力検出用ブリッジ回路とは別に、高感度の故障検出用ブリッジ回路を備えることで、センサチップと台座との貼り合せによって形成される基準室の気密不良による故障検出を行うことができる。
【００２７】
また、請求項１に記載の発明においては、故障検出用ブリッジ回路を形成するゲージ抵抗は、ダイヤフラム部のうち最も引張応力がかかる部位と最も圧縮応力がかかる部位とに備えられていることを特徴としている。
【００２８】
このような構成とすることにより、故障検出用ブリッジ回路を高感度とすることができる。
【００２９】
請求項２に記載の発明においては、圧力検出用ブリッジ回路を形成するゲージ抵抗は、ダイヤフラム部の中央部と周縁部の中間位置に備えられていることを特徴としている。また、請求項３または４に記載の発明においては、圧力検出用ブリッジ回路を形成するゲージ抵抗は、ダイヤフラム部のうち最も引張応力が小さくなる部位と最も圧縮応力が小さくなる部位とに備えられていることを特徴としている。
【００３０】
このような構成とすることにより、圧力検出用ブリッジ回路を低感度とすることができる。
【００３３】
請求項５に記載の発明においては、故障検出用ブリッジ回路は、４つのゲージ抵抗を有するフルブリッジ回路で構成されていることを特徴としている。このようにフルブリッジ回路で故障検出用ブリッジ回路を構成すれば、ハーフブリッジ回路で構成する場合よりも、より高感度とすることができる。
【００４１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を適用した第１実施形態を図１、図２に基づいて説明する。本実施形態における圧力センサは、例えば車両におけるブレーキ装置のブレーキ液圧や燃料噴射装置の燃料圧等の圧力を測定するものである。
【００４３】
図１（ａ）、（ｂ）に本実施形態の圧力センサの回路構成を示し、図２に圧力センサの部分断面を示す。図１（ａ）に示すように圧力センサは、４つのゲージ抵抗（拡散抵抗）ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤがブリッジ接続されたブリッジ回路１０を備えている。
【００４４】
図２に示すように、ブリッジ回路１０はシリコン基板１における薄肉のダイヤフラム部２に形成されている。図１中の破線がダイヤフラム部２を示している。ブリッジ回路１０を構成する抵抗のうち、２つの抵抗ＲＡ、ＲＤはダイヤフラム部の中央部に形成され、残りの２つの抵抗ＲＢ、ＲＣは、ダイヤフラム部の周辺部に形成されている。そして、ダイヤフラム部に圧力が印加されると応力変位を生じ、ピエゾ抵抗効果により抵抗ＲＡ〜ＲＤの各抵抗値が図１の矢印方向に変化するように、すなわち抵抗ＲＡ、ＲＤは抵抗値が下がり、抵抗ＲＢ、ＲＣは抵抗値が上がるように構成されている。
【００４５】
また、本実施形態の圧力センサには、抵抗分割により基準電位を発生する基準電位発生回路１１が、ブリッジ回路１０の一端側および他端側に並列接続されている。基準電位発生回路１１は、直列接続された２つの抵抗ＲＥ、ＲＦからなる。抵抗ＲＥ、ＲＦは、上記圧力印加による応力変位の影響を受けない部位に配置されており、ダイヤフラム部に圧力が印加されても抵抗値変化を生じないように構成されている。基準電位は、これらの抵抗ＲＥ、ＲＦの抵抗分割によって作成されている。
【００４６】
なお、各抵抗ＲＡ〜ＲＦは、パターニングや温度等の影響を受けないように、それぞれ同一形状、同一抵抗値になるように同一工程で形成されるべきである。
【００４７】
ブリッジ回路１０における一端側（電源側）の端子Ａおよび他端側（接地側）の端子Ｄの間に定電圧Ｖｃｃを印加し、抵抗ＲＡ、ＲＢの中点Ｂおよび抵抗ＲＣ、ＲＤの中点Ｃを出力端子として、中点Ｂ、Ｃにおける中点電位の電位差（電圧）ＶBCを出力する。この電圧ＶBCにより、シリコン基板のダイヤフラム部に印加された圧力を測定することができる。なお、端子Ａ、Ｄの間に定電流を印加しても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、ブリッジ回路１０の故障判定のため、基準電位発生回路１１の中点Ｅにおける中点電位と、ブリッジ回路１０の中点Ｂ、Ｃにおける中点電位との電位差ＶCE、ＶBEを出力するように構成している。
【００４９】
図１（ｂ）に示すように、上記電圧ＶBC、ＶCE、ＶBEはそれぞれ増幅調整回路２０、２１、２２に出力され、増幅調整回路では、それらの信号を増幅して出力信号Ｏｕｔ（ＢＣ）、Ｏｕｔ（ＣＥ）、Ｏｕｔ（ＢＥ）を出力するように構成されている。これらの出力信号Ｏｕｔ（ＢＣ）、Ｏｕｔ（ＣＥ）、Ｏｕｔ（ＢＥ）は、故障判定回路（比較回路）３０に出力され、故障判定回路３０では、後述のようにブリッジ回路の故障判定を行うように構成されている。
【００５０】
なお、故障判定回路３０は、圧力センサ内に設けてもよく、また、例えばＥＣＵのような外部装置に設けてもよい。故障判定回路３０を圧力センサ内に設けた場合には、外部への端子は電源側端子Ａ、接地側端子Ｄ、Ｏｕｔ（ＢＣ）を出力する端子の３端子となり、外部装置に設けた場合には、Ｏｕｔ（ＣＥ）、Ｏｕｔ（ＢＥ）を出力する端子のように外部への端子数を増やす必要がある。
【００５１】
以下、ブリッジ回路の故障判定について説明する。
【００５２】
各抵抗ＲＡ〜ＲＦの抵抗値はすべて同一なので、ブリッジ回路１０の２つの中点Ｂ、Ｃにおける中点電位と、基準電位発生回路１１の中点Ｅにおける中点電位は、圧力を印加しない状態では等しい。従って、端子Ｅの電位を基準にすると、各端子Ｂ、Ｃ、Ｅ間の電位差ＶBC、ＶCE、ＶBEの間には、数式１が成り立つ。
【００５３】
【数１】
ＶBC＝ＶCE＝ＶBE＝０
また、シリコン基板のダイヤフラム部に圧力が印加されることにより、端子Ｂでの電位は上昇し、端子Ｃでの電位は下降する。このとき抵抗ＲＥ、ＲＦは圧力印加に影響されない部位に配置されているので、端子Ｅでの電位は変化しない。そして、抵抗ＲＡ、ＲＤの抵抗値変化量は等しく、同様に抵抗ＲＢ、ＲＣの抵抗値変化量は等しいので、端子ＢとＣでの電位変化量の絶対値は等しくなる。従って、端子Ｅの電位を基準にすると、各電位差ＶBC、ＶCE、ＶBEの間には、数式２が成り立つ。
【００５４】
【数２】
｜ＶBC｜＝２×｜ＶCE｜＝２×｜ＶBE｜
従って、各電圧ＶBC、ＶCE、ＶBEの絶対値を比較することで、ブリッジ回路の故障を判定することが可能となる。すなわち、上記数式２が成り立つ場合には正常な圧力印加状態と判断でき、数式２が成り立たない場合にはブリッジ回路に故障が発生していると判断できる。
【００５５】
ところで、上記電位差ＶBC、ＶCE、ＶBEの変化は微少であることから、これらの電圧値を用いてブリッジ回路の故障を判定することは難しい。そこで、本実施形態では、電圧ＶＢＣ、ＶＣＥ、ＶＢＥを別系統の増幅調整回路２０、２１、２２を用いて増幅調整した後の出力信号Ｏｕｔ（ＢＣ）、Ｏｕｔ（ＣＥ）、Ｏｕｔ（ＢＥ）を故障判定回路３０にて比較判定することにより、ブリッジ回路の故障を判定している。すなわち、数式３が成り立つかどうかを判定する。
【００５６】
【数３】
｜Ｏｕｔ（ＢＣ）｜＝２×｜Ｏｕｔ（ＣＥ）｜＝２×｜Ｏｕｔ（ＢＥ）｜
このように構成することで、ブリッジ回路１０の故障判定に加え、増幅調整回路２０、２１、２２の故障をも同時に判定することが可能になる。
【００５７】
以上のように、ブリッジ回路１０を用いた圧力センサにおいて、ダイヤフラム部への圧力印加の影響を受けない基準電位発生回路を設けることにより、例えば断線、短絡等によるブリッジ抵抗値の変化という故障が発生した場合に、確実に故障を検出することが可能になる。
【００５８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図３に基づいて説明する。本第２実施形態の圧力センサは、ブリッジ回路１０に第１の基準電位発生回路１１に加え、第２の基準電位発生回路１２を追加したものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付けてその説明を省略する。なお、図示を省略するが、上記第１実施形態と同様に、別系統の増幅調整回路および故障判定回路が備えられている。
【００５９】
第２の基準電位発生回路１２は、第１基準電位発生回路１１と同様に、抵抗分割により基準電位を発生するものであり、ブリッジ回路１０の一端側および他端側に並列接続されている。第２の基準電位発生回路１２は、直列接続された２つの抵抗ＲＧ、ＲＨからなる。抵抗ＲＧ、ＲＨは、ダイヤフラム部への圧力印加による応力変位の影響を受けない部位に配置されており、ダイヤフラム部に圧力が印加されても抵抗値変化を生じないように構成されている。
【００６０】
なお、各抵抗ＲＡ〜ＲＨは、パターニングや温度等の影響を受けないように、それぞれ同一形状、同一抵抗値になるように同一工程で形成されるべきである。
【００６１】
以下、本第２実施形態における、ブリッジ回路の故障判定について説明する。
【００６２】
シリコン基板のダイヤフラム部に圧力が印加されることにより、Ｂ点での電位は上昇し、Ｃ点での電位は下降する。このとき抵抗ＲＥ、ＲＦおよび抵抗ＲＧ、ＲＨは圧力印加に影響されない部位に配置されているので、Ｅ点およびＦ点での電位は変化しない。そして、抵抗ＲＡとＲＤにおける抵抗値変化量は等しく、同様に抵抗ＲＢとＲＣにおける抵抗値変化量は等しいので、Ｂ点とＣ点での電位変化量の絶対値は等しくなる。従って、Ｅ点およびＦ点の電位を基準にすると、各電位差ＶＢＣ、ＶＣＥ、ＶＢＥ、ＶＣＦ、ＶＢＦの間には、数式４が成り立つ。
【００６３】
【数４】
｜ＶＢＣ｜＝２×｜ＶＣＥ｜＝２×｜ＶＢＥ｜＝２×｜ＶＣＦ｜
＝２×｜ＶＢＦ｜
同様に、各電位差ＶＢＣ〜ＶＢＦを増幅調整回路にて増幅調整した出力信号Ｏｕｔ（ＢＣ）、Ｏｕｔ（ＣＥ）、Ｏｕｔ（ＢＥ）、Ｏｕｔ（ＣＦ）、Ｏｕｔ（ＢＦ）の間には、数式５が成り立つ。
【００６４】
【数５】
｜Ｏｕｔ（ＢＣ）｜＝２×｜Ｏｕｔ（ＣＥ）｜＝２×｜Ｏｕｔ（ＢＥ）｜＝２×｜Ｏｕｔ（ＣＦ）｜＝２×｜Ｏｕｔ（ＢＦ）｜
従って、上記数式４あるいは数式５が成り立つ否かを判断すれば、ブリッジ回路に故障が発生しているか否かを判断できる。
【００６５】
本第２実施形態の数式４、５では、上記第１実施形態の数式２、３に比較して、条件式が増えるので、より確実にブリッジ回路の故障判定をすることができる。
【００６６】
なお、本第２実施形態では、２つの基準電位発生回路１１、１２を設けたが、さらに多くの基準電位発生回路を設けてもよい。
【００６７】
また、数式４、５に含まれる等式を必ずしもすべて判定しなくてもよく、少なくとも中点Ｂ、Ｃの間の電位差と、中点Ｂ、Ｃの電位と基準電位発生回路１１、１２のいずれかの基準電位の電位差とを比較するように構成してもよい。
【００６８】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図４に基づいて説明する。本第３実施形態の圧力センサは、上記第１実施形態に比較して、ブリッジ回路１０の構成が異なるものであり、基準電位発生回路は備えられていない。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。なお、図示を省略するが、上記第１実施形態と同様に、増幅調整回路および故障判定回路が備えられている。
【００６９】
本第３実施形態では、ブリッジ回路１０の４個のゲージ抵抗（抵抗）ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤをそれぞれ等しく２分割することにより、８個の分割ゲージ抵抗（分割抵抗）ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＤ１、ＲＤ２を形成している。このとき上記８個の抵抗ＲＡ１〜ＲＤ２はすべて抵抗値が等しくなるように形成され、シリコン基板のダイヤフラム部への圧力印加により、それぞれ矢印方向に抵抗値が変化するように構成されている。
【００７０】
ブリッジ回路における２つの端子Ａ、Ｄの間に定電圧Ｖｃｃを印加し、抵抗ＲＡ、ＲＢの中点Ｂおよび抵抗ＲＣ、ＲＤの中点Ｃを出力端子として、中点Ｂ、Ｃにおける中点電位の電位差（電圧）ＶBCを出力する。この電圧ＶBCにより、シリコン基板のダイヤフラム部に印加された圧力を測定することができる。
【００７１】
本第３実施形態のブリッジ回路は、さらに、分割抵抗ＲＡ１、ＲＡ２の中間端子Ｂ１の電位および分割抵抗ＲＣ１、ＲＣ２の中間端子Ｃ１の電位との電位差ＶB1C1と、分割抵抗ＲＢ１、ＲＢ２の中間端子Ｂ２の電位および分割抵抗ＲＤ１、ＲＤ２の中間端子Ｃ２の電位との電位差ＶB2C2を出力するように構成されている。
【００７２】
ここで、分割抵抗ＲＡ１およびＲＡ２の中間端子Ｂ１と、分割抵抗ＲＣ１およびＲＣ２の中間端子Ｃ１におけるそれぞれの電位に注目してみる。ダイヤフラム部に圧力が印加されると、端子Ｂ１での電位は上昇し、端子Ｃ１での電位は下降する。このとき、抵抗ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＤ１、ＲＤ２の抵抗値変化量は同一であり、抵抗ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＣ１、ＲＣ２の抵抗値変化量は同一である。
【００７３】
そこで、中間端子Ｂ１、Ｃ１の電位差ＶB1C1の絶対値は、中点Ｂ、Ｃでの中点電位の電位差ＶBCの絶対値を、抵抗ＲＡ、ＲＣの分割数（本実施形態では２）で割り、端子Ｂ１、Ｃ１と電源側端子Ａとの間に存在する分割抵抗数（本実施形態では１）を掛けた値と等しくなる。同様に、中間端子Ｂ２、Ｃ２の電位差ＶB2C2も、端子Ｂ、Ｃでの中点電位の電位差ＶBCを、抵抗ＲＢ、ＲＤの分割数で割り、端子Ｂ２、Ｃ２と接地側端子Ｄとの間の分割抵抗数を掛けた値と等しくなる。
【００７４】
従って、中点Ｂ、Ｃの電位差ＶBCと、中間端子Ｂ１、Ｃ１の電位差ＶB1C1と、中間端子Ｂ２、Ｃ２の電位差ＶB2C2の間には、数式６が成り立つ。
【００７５】
【数６】
｜ＶBC｜＝２×｜ＶB1C1｜＝２×｜ＶB2C2｜
また、各電圧ＶBC、ＶB1C1、ＶB2C2を別系統の増幅調整回路によって増幅調整した出力信号Ｏｕｔ（ＢＣ）、Ｏｕｔ（Ｂ１Ｃ１）、Ｏｕｔ（Ｂ２Ｃ２）の間には、数式７が成り立つ。
【００７６】
【数７】
｜Ｏｕｔ（ＢＣ）｜＝２×｜Ｏｕｔ（Ｂ１Ｃ１）｜
＝２×｜Ｏｕｔ（Ｂ２Ｃ２）｜
従って、数式６あるいは数式７が成立するか否かを判断すれば、ブリッジ回路の故障を判定することができる。すなわち、端子Ｂ、Ｃにおける電位差ＶＢＣと、ダイヤフラム部に圧力印加されない状態において電位が等しい中間端子の組み合わせである端子Ｂ１とＣ１、端子Ｂ２とＣ２における電位差ＶB1C1、ＶB2C2とを比較することで、ブリッジ回路の故障判定を行うことができる。
【００７７】
なお、上記数式６、７では複数の等式によりブリッジ回路の故障判定を行ったが、少なくとも、｜ＶBC｜＝２×｜ＶB1C1｜もしくは｜ＶBC｜＝２×｜ＶB2C2｜のいずれか、あるいは｜Ｏｕｔ（ＢＣ）｜＝２×｜Ｏｕｔ（Ｂ１Ｃ１）｜もしくは｜Ｏｕｔ（ＢＣ）｜＝２×｜Ｏｕｔ（Ｂ２Ｃ２）｜のいずれかが成立すれば、ブリッジ回路の故障判定が可能である。この場合には、２つの電位差の比較により故障検出が可能となり、回路構成を簡略にすることができる。
【００７８】
また、本第３実施形態では、ブリッジ回路の４つの抵抗ＲＡ〜ＲＤのすべてを２分割したが、さらに多くの分割数としてもよい。例えば、図５に示すように抵抗ＲＡ〜ＲＤを３分割して、１２個の分割抵抗ＲＡ１〜ＲＤ３を形成した場合には、数式８が成り立つ。
【００７９】
【数８】
｜ＶBC｜＝３×｜ＶB1C1｜＝３×｜ＶB4C4｜＝３／２｜ＶB2C2｜＝３／２｜ＶB3C3｜
また、抵抗ＲＡとＲＣの組み合わせ、あるいは抵抗ＲＢとＲＤの組み合わせが同じ分割数であればよく、それぞれの組み合わせを異なる分割数としてもよい。
【００８０】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について図６に基づいて説明する。図６に示すように、本第４実施形態における圧力センサは、４つのゲージ抵抗（抵抗）ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤがブリッジ接続されたブリッジ回路１０を備えており、ブリッジ回路の構成としては、従来から用いられているものと同様である。なお、図示を省略するが、上記第１実施形態と同様に、増幅調整回路および故障判定回路が備えられている。
【００８１】
以下、本第４実施形態における、ブリッジ回路の故障判定について説明する。
【００８２】
ダイヤフラム部に圧力が印加されると、端子Ｂでの中点電位は上昇し、端子Ｃでの中点電位は下降する。このとき端子Ａ、Ｄにおける電位は変化しない。そして、抵抗ＲＡとＲＤにおける抵抗値変化量は等しく、同様に抵抗ＲＢとＲＣにおける抵抗値変化量は等しいので、Ｂ点とＣ点での電位変化量の絶対値は等しくなる。
【００８３】
従って、端子Ａ、Ｃの電位差ＶACと、端子Ｂ、Ｄの電位差ＶBDと、端子Ａ、Ｂの電位差ＶABと、端子Ｃ、Ｄの電位差ＶCDの間には、数式９の２つの式が同時に成り立つ。
【００８４】
【数９】
｜ＶAC｜＝｜ＶBD｜および  ｜ＶAB｜＝｜ＶCD｜
従って、各電圧ＶAC、ＶBD、ＶAB、ＶCDの絶対値を比較することで、ブリッジ回路の故障を判定することが可能となる。すなわち、上記数式９が成り立つ場合には正常な圧力印加状態と判断でき、数式９が成り立たない場合にはブリッジ回路に故障が発生していると判断できる。
【００８５】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を図７、図８に基づいて説明する。図７は本第５実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図であり、図８は本第５実施形態の圧力センサの概略構成を示す回路図である。
【００８６】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本第５実施形態の圧力センサは、圧力検出用のブリッジ回路を構成する拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤに加えて、故障検出用の拡散抵抗ＲＩがシリコン基板１のダイヤフラム部２における所領域に形成されている。ここでいう所定領域とは、圧力印加により生じる応力のうち径方向の応力と周方向の応力とのバランスが崩れる領域であり、ダイヤフラム部２の中心部から外れた領域となる。
【００８７】
さらに、その上には絶縁用の酸化膜３が形成されている。酸化膜３にはコンタクトホールが形成され、その上に図示しないアルミ配線がパターニングされ、その上に保護膜（パッシベーション膜）４が形成されている。
【００８８】
また、本第５実施形態におけるシリコン基板は、面方位が（１００）面となっており、＜１１０＞結晶軸が相直交して存在する。図７（ａ）に示すように、圧力検出用ブリッジを構成する拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤは、２つの＜１１０＞結晶軸方向に沿ってそれぞれ２個ずつ配置されている。
【００８９】
図８に示すように、故障検出用抵抗ＲＩは基準抵抗Ｒｒｅｆと共に圧力検出用ブリッジ回路１０に並列接続されている。圧力検出用ブリッジ回路１０は、ダイヤフラム部２への圧力印加により発生する２つの中点電位の電位差（電圧）を出力する。これに対し、故障検出用抵抗ＲＩは、ダイヤフラム部２への圧力印加により抵抗値が増加するように構成されており抵抗値に応じた電圧を出力する。圧力検出用ブリッジ回路１０と故障検出用抵抗ＲＩの出力信号は、それぞれ増幅調整回路にて増幅調整された後、故障判定回路３０に出力され、故障判定回路３０ではブリッジ回路１０の故障判定を行うように構成されている。
【００９０】
次に、本第５実施形態における圧力センサの故障判定について説明する。まず、任意の圧力点２点以上において、ダイヤフラム部２への圧力印加に対する圧力検出用ブリッジ回路１０の出力電圧値と、故障検出用抵抗ＲＩの出力抵抗値とを記憶回路（記憶手段）３１に予め記憶させておく。これにより、圧力検出用ブリッジ回路１０の出力値の変化特性と、故障検出用抵抗ＲＩの出力値の変化特性とを得ることができる。ブリッジ回路１０の出力と抵抗ＲＩの出力は応力変化に比例して変化する。これらはそれぞれ異なる出力変化特性を有するように構成されており、これらの出力の間には一定の関係が成り立つ。すなわち、圧力センサが正常に作動していれば、ある圧力点におけるブリッジ回路１０の出力と抵抗ＲＩの出力は、それぞれ常に同じ値になる。
【００９１】
従って、圧力センサが作動している際に、ブリッジ回路１０の出力と抵抗ＲＩの出力とを比較し、これらの出力値の関係が記憶回路３１に記憶されている関係を満たさなければ、ブリッジ回路１０が正常な出力値を出力していないと判断することができる。
【００９２】
また、従来構造の圧力センサのダイヤフラム部には、圧力検出用ブリッジ回路を構成するゲージ抵抗ＲＡ〜ＲＤが直交する方向に２個ずつ配置されているだけであり、残りの部分は未使用領域となっている。本第５実施形態では、故障検出用抵抗ＲＩはダイヤフラム部の未使用領域に設けられているため、従来の圧力センサと同程度の大きさのセンシング部で故障検出機能を有する圧力センサを提供でき、圧力センサの小型化が可能となる。
【００９３】
なお、第５実施形態では、故障検出用抵抗ＲＩとして拡散抵抗を用いたが、これに限らず、例えば薄膜抵抗を用いても同様に実施することができる。また、故障検出用回路を１個の抵抗で構成したが、これに限らず複数の抵抗により構成してもよい。例えば、直列接続された２個の抵抗で故障検出回路を構成した場合には、その中点電位を出力として用いればよい。
【００９４】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を図９〜１２に基づいて説明する。図９（ａ）は本第６実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００９５】
図９（ａ）に示すように、シリコン基板１のダイヤフラム部２には、８個の拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤ、ＲＪ〜ＲＭが形成されており、これらの拡散抵抗は２つのブリッジ回路１０、１３を構成している。すなわち、拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤ（図中白抜き）は圧力検出用のブリッジ回路１０を構成するように結線されており、この圧力検出用ブリッジ回路の内側に拡散抵抗ＲＪ〜ＲＭ（図中交差斜線）が故障検出用のブリッジ回路１３を構成するように結線されている。本実施形態のシリコン基板は（１１０）面方位を有しており、＜１００＞結晶軸と＜１１０＞結晶軸とが相直交して存在する。抵抗ＲＡ、ＲＤ、ＲＪ、ＲＭは＜１００＞結晶軸方向に形成され、抵抗ＲＢ、ＲＣ、ＲＫ、ＲＬは＜１１０＞結晶軸方向に形成されている。
【００９６】
また、図９（ｂ）に示すように、本第６実施形態の圧力センサは、Ｎ型シリコン基板にＰ型拡散層となる拡散抵抗が形成され、その上に絶縁用の酸化膜３が形成されている。酸化膜３にはコンタクトホールが形成され、その上に図示しないアルミ配線がパターニングされ、その上に保護膜４が形成されている。なお、Ｎ型シリコン基板に代えて、Ｐ型シリコン基板にＮ型層をエピタキシャル成長させたシリコン基板を用いてもよい。
【００９７】
図１０は、応力変動に対する２つのブリッジ回路１０、１３の出力特性を示している。圧力センサのブリッジ回路１０、１３の出力特性は、ダイヤフラム部２における抵抗の配置関係によって決まる。本第６実施形態では、２個のブリッジ回路１０、１３は、ダイヤフラム部２において異なる位置に設けられており、図１０に示すようにダイヤフラム部２への印加圧力に対して異なる出力変化特性（感度）を持つ。本第６実施形態では、圧力検出用ブリッジ回路１０の方が感度が高くなるように、言い換えれば、圧力変動に対する出力変化率が大きくなるように構成されている。
【００９８】
図１１は、本第６実施形態の圧力センサの概略回路構成を示している。図１１に示すように、定電圧電源から供給された電圧は、電圧調整回路４０を介して一定電圧（例えば５Ｖ）に変換された後、センシングを行うブリッジ回路１０、１３に供給される。２つのブリッジ回路１０、１３は並列接続されており、それぞれ中点電位ＶＢ、ＶＣと中点電位ＶＦ、ＶＧを出力する。２つのブリッジ回路１０、１３の出力は、第１、第２切替回路４１、４２によって切り替えられ、増幅回路４３により増幅された後、第１、第２データ貯蔵部４５、４６において故障判定回路３０で比較できる形で格納されるように構成されている。故障判定回路３０では、２つのブリッジ回路１０、１３の出力値に基づいて故障判定が行われる。なお、第１、第２切替回路４１、４２は、タイミング回路４４によりデータ錯誤が生じないようにタイミング制御される。
【００９９】
次に、本第６実施形態の圧力センサの故障検出について説明する。まず、ダイヤフラム部２への圧力印加に対する圧力検出用ブリッジ回路１０の出力電圧値の変化特性と、故障検出用ブリッジ回路１３の出力電圧値の変化特性とを、記憶回路３１に予め記憶させておく。これらの出力値の変化特性を得るためには、少なくとも２点以上の圧力点におけるブリッジ回路１０、１３の出力値が分かればよい。このとき、ブリッジ回路１０、１３の出力値が圧力変動に対して必ずしも直線的に変化するとは限らないことを考慮すれば、より精度よく変化特性を得るために任意の３点以上の出力値をとることが望ましい。
【０１００】
これらの２つのブリッジ回路１０、１３の出力の間には、上記の図１０に示すような固定された関係が成り立つ。すなわち、圧力センサが正常に作動していれば、ある圧力点における２つのブリッジ回路１０、１３の出力は、それぞれ常に同じ値になる。従って、圧力センサが作動している際に、圧力検出用ブリッジ回路１０の出力と故障検出用ブリッジ回路１３の出力とを比較し、これらの出力値の関係が記憶回路３１に記憶されている関係を満たさなければ、ブリッジ回路１０が正常な出力値を出力していないと判断することができる。
【０１０１】
本第６実施形態の圧力センサでは、故障が発生していると判定された場合には、故障判定回路３０はセンサ出力を通常の出力電圧範囲（例えば０．５〜４．５Ｖ）の範囲外（ダイアグ領域）に強制的にシフトさせ、異常発生を示す信号を出力するように構成されている。
【０１０２】
また、従来構造の圧力センサのダイヤフラム部には、圧力検出用ブリッジ回路を構成するゲージ抵抗ＲＡ〜ＲＤが直交する方向に２個ずつ配置されているだけであり、残りの部分は未使用領域となっている。本第６実施形態では、故障検出用ブリッジ回路１３はダイヤフラム部の未使用領域に設けられているため、従来の圧力センサと同程度の大きさのセンシング部で故障検出機能を有する圧力センサを提供でき、圧力センサの小型化が可能となる。
【０１０３】
なお、以上説明した第６実施形態では（１１０）面方位のシリコン基板を用いたが、これに限らず、図１２に示す（１００）面方位のシリコン基板を用いてもよい。（１００）面方位では、２つの＜１１０＞結晶軸方向が相直交して存在している。（１１０）面方位のシリコン基板を用いた場合には、図９（ａ）のように各抵抗を応力分布の異なる位置に設ける必要があるのに対して、（１００）面方位のシリコン基板を用いた場合には、各ゲージ抵抗を応力分布の等しい位置に均等配置できる。このため、各抵抗毎に温度変化に伴うシリコン基板の変形の度合いや発生応力の変化度合い等を同程度にでき、熱的な誤差を低減することができる。
【０１０４】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態を図１３に基づいて説明する。本第７実施形態の圧力センサは、上記第６実施形態の圧力センサに比較して、故障検出用のブリッジ回路１３が４つの薄膜抵抗から形成されている点が異なるものである。上記第６実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、本第７実施形態の圧力センサは、シリコン基板に拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤが形成され、その上に絶縁用の酸化膜３が形成されている。酸化膜３上には例えばポリシリコンからなる薄膜抵抗ＲＮ〜ＲＱが形成されている。４つの拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤは圧力検出用ブリッジ回路１０を構成しており、４つの薄膜抵抗ＲＮ〜ＲＱは故障検出用ブリッジ回路を構成している。各薄膜抵抗ＲＮ〜ＲＱは、拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤよりダイヤフラム部の中心から遠い位置に形成されている。
【０１０６】
薄膜抵抗は、拡散抵抗に比較してゲージファクタが低いため、圧力検出用回路１０と故障検出用回路１３は、異なる出力特性を持つこととなる。すなわち、本実施形態では、圧力検出用ブリッジ回路１０の方が、応力変動に対して高い出力を有する。従って、本第７実施形態の圧力センサの構成によっても、圧力検出用ブリッジ回路の出力と故障検出用ブリッジ回路の出力とを比較することにより、上記第６実施形態と同様に、圧力センサの出力値の異常を検出することができる。
【０１０７】
なお、本第７実施形態では、拡散抵抗と薄膜抵抗をダイヤフラム部の異なる位置に形成したが、これらをダイヤフラム部２における同位置に層状に重ねて配置することも可能である。このように構成しても、拡散抵抗と薄膜抵抗のゲージファクタが異なるため、圧力検出用回路と故障検出用回路との間で、異なる出力特性を持たせることができる。
【０１０８】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態を図１４に基づいて説明する。本第８実施形態の圧力センサは、シリコン基板に代えてメタルダイヤフラムを用いたものである。図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、圧力センサは、円形のダイヤフラム部５０ａを有する金属ステム５０と、ダイヤフラム部５０ａに接着されたシリコン基板５１とを備えており、ダイヤフラム５０ａおよびシリコン基板５１の変形に基づき圧力検出を行うように構成したものである。
【０１０９】
金属ステム５０は中空円筒形状を成し、熱膨張係数が小さい低熱膨張率金属（シリコンと熱膨張率が近いコバール等）により構成されている。金属ステム５０は、一端側から図中矢印方向に圧力媒体が導入され、他端側に形成されたダイヤフラム部５０ａに圧力が印加されるようになっている。
【０１１０】
シリコン基板５１は、低融点ガラス等よりなるガラス層５２を介してダイヤフラム部５０ａに固定されている。また、シリコン基板５１は（１００）面方位を有しており、圧力検出用ブリッジ回路を構成する４個の拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤと、故障検出用ブリッジ回路を構成する４個の薄膜抵抗ＲＮ〜ＲＱが形成されている。拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤと薄膜抵抗ＲＮ〜ＲＱは、回転角θだけずらして配置されている。
【０１１１】
本第８実施形態の圧力センサの構成によっても、応力変化に対して出力変化特性の異なる２つのブリッジ出力を比較することにより、上記実施形態と同様に故障を検出することができる。
【０１１２】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態を図１５に基づいて説明する。図１５（ａ）は本第９実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図であり、図１５（ｂ）はＥ−Ｅ断面図である。本第９実施形態の圧力センサは、上記実施形態と比較して故障検出用回路として容量型センサが用いられている点が異なるものであり、上記実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１１３】
図１５（ａ）に示すように、本第９実施形態の圧力センサはシリコン基板のダイヤフラム部２において、圧力検出用ブリッジ回路１０を構成する４つの拡散抵抗ＲＡ〜ＲＤの他に、中央部に故障検出用回路としての容量型センサ５３が設けられている。圧力検出用ブリッジ回路１０と容量型センサ５３は電気的に並列接続されている。
【０１１４】
容量型センサ５３は、２枚の電極間の静電容量値の変化を利用して圧力を測定するものであり、図１５（ｂ）に示すようにシリコン基板１に形成されたダイヤフラム部２と、これに対向するように配置された多結晶シリコンからなる薄膜電極５３ａとによって静電容量を構成する。ダイヤフラム部２に圧力が印加されると薄膜電極５３ａとの間の距離が近くなり、ダイヤフラム部２と薄膜電極５３ａとの間の静電容量が大きくなる。容量型センサ５３は、静電容量値を電気信号として出力する。
【０１１５】
通常、容量型センサ５３は、拡散抵抗からなるブリッジ回路１０より大きな出力を得ることができるため、応力変化に対してブリッジ回路１０と容量型センサ５３とで異なる出力特性の出力を得ることができる。
【０１１６】
従って、本実施形態の圧力センサの構成によっても、圧力検出用ブリッジ回路１０の出力と容量型センサ５３の出力とを比較することで、上記実施形態と同様に故障を検出することが可能となる。
【０１１７】
（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態を図１６、図１７に基づいて説明する。図１６（ａ）は本実施形態における圧力センサの斜視図であり、図１６（ｂ）はＦ−Ｆ断面図である。また、図１７は、拡散抵抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図であり、（ａ）は本実施形態における圧力センサの正面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図、（ｃ）はダイヤフラム部に表面方向から圧力がかけられた場合において、ダイヤフラム表面ｘ軸上の圧力による発生応力のｘ方向成分σｘｘの大きさを示した図である。
【０１１８】
本実施形態における圧力センサは、上記第６実施形態と比較してダイヤフラム部が形成されたセンサチップ６０が台座６１に貼り合わされて圧力基準室６０ａが形成されていることを前提としている点と、圧力検出用のブリッジ回路と故障検出用のブリッジ回路を共に、２つの拡散抵抗Ｒａ、ＲｂとＲａ’、Ｒｂ’によるハーフブリッジ回路とした点が異なる。
【０１１９】
拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂ及びＲａ’、Ｒｂ’は、面方位が（１１０）面を成すシリコン基板で構成されたセンサチップ６０の表層部に形成されている。拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂは共に、破線部で示したダイヤフラム部の周縁部と中央部との中間位置の近傍に配置されている。具体的には、図１７（ｃ）に示すように、抵抗値が正に変化する量が最小となる位置、つまり引張応力が最小となる位置の近傍に拡散抵抗Ｒａが形成され、抵抗値が負に変化する量が最小となる位置、つまり圧縮応力が最小となる位置の近傍に拡散抵抗Ｒｂが形成されている。拡散抵抗Ｒａ’、Ｒｂ’は、一方の拡散抵抗Ｒａ’がダイヤフラム部の周縁部近傍に配置され、他方の拡散抵抗Ｒｂ’がダイヤフラム部のほぼ中央部に配置された構成となっている。具体的には、図１７（ｃ）に示すように、抵抗値が正に変化する量が最大となる位置、つまり引張応力が最大となる位置の近傍に拡散抵抗Ｒａ’が形成され、抵抗値が負に変化する量が最大となる位置、つまり圧縮応力が最大となる位置の近傍に拡散抵抗Ｒｂ’が形成されている。
【０１２０】
このような構成においては、ダイヤフラム部への圧力印加に対する拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂの抵抗値変化量が小さいため、圧力検出用のブリッジ回路が低感度となり、ダイヤフラム部への圧力印加に対する拡散抵抗Ｒａ’、Ｒｂ’の抵抗値変化量が大きいため、故障検出用のブリッジ回路が高感度になる。
【０１２１】
このように、圧力検出用とは別に高感度のブリッジ回路を設けることによって、センサチップ６０と台座６１との貼り合せが剥がれる等の圧力基準室６０ａの気密不良による故障検出を行うことができる。従って、低感度のブリッジ回路によって製品仕様に対応する出力が発生させられるようにしつつ、高感度のブリッジ回路によって故障検出を行うことができる。
【０１２２】
図１８は、本実施形態の圧力センサの概略回路構成を示している。この図に示すように、圧力センサは、拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂ及びダイヤフラム部とは異なる部位に備えられたダミー抵抗６２、６３によって圧力検出用のブリッジ回路を形成していると共に、拡散抵抗Ｒａ’、Ｒｂ’及びダイヤフラム部とは異なる部位に備えられたダミー抵抗６４、６５によって故障検出用のブリッジ回路を形成している。
【０１２３】
圧力検出用のブリッジ回路の各中点の電位差は温度補償機能を有した増幅回路６６によって増幅され、出力回路６７を介してセンサ出力として外部に出力される。故障検出用のブリッジ回路の各中点の電位差は温度補償機能を有した増幅回路６８によって増幅されたのち、比較回路６９によって所定の参照電圧Ｖｒｅｆと比較され、その比較結果が出力回路６７に入力されるようになっている。そして、ブリッジ回路の出力が故障時の出力に相当する場合には、比較回路６９から故障である旨の信号が出力回路に出力され、このような信号が入力されると、出力回路６７はセンサ出力を通常の出力電圧範囲外（ダイアグ領域）に強制的にシフトさせ、異常発生を示す信号を出力するようになっている。
【０１２４】
このように、低感度と高感度の２つの感度を有するブリッジ回路を備え、低感度のブリッジ回路を圧力検出に使用し、高感度のブリッジ回路を故障検出に使用することで、確実に圧力基準室６０ａの気密不良による故障検出を行うことができる。
【０１２５】
（第１１実施形態）
次に、本発明の第１１実施形態を図１９、図２０に基づいて説明する。図１９（ａ）は本実施形態における圧力センサの正面図、図１９（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面図、図１９（ｃ）はダイヤフラム部に表面方向から圧力がかけられた場合において、ダイヤフラム表面ｘ軸上での圧力による発生応力のｘ方向成分σｘｘの大きさを示した図である。また、図２０は本実施形態における圧力センサの回路構成を示す図である。
【０１２６】
本実施形態における圧力センサは、上記第１０実施形態と比較して故障検出用のブリッジ回路を４つの拡散抵抗Ｒａ’〜Ｒｄ’で構成したフルブリッジ回路で構成した点である。
【０１２７】
この場合、拡散抵抗Ｒｃ’は拡散抵抗Ｒｂ’と対応する抵抗値変化（圧縮応力）が得られる位置に形成され、拡散抵抗Ｒｄ’は拡散抵抗Ｒａ’と対応する抵抗値変化（引張応力）が得られる位置に形成される。
【０１２８】
このように、故障検出用のブリッジ回路を４つの拡散抵抗Ｒａ’〜Ｒｄ’で構成されたフルブリッジ回路とすることにより、より高感度のブリッジ回路とすることができる。
【０１２９】
（第１２実施形態）
次に、本発明の第１２実施形態を図２１、図２２に基づいて説明する。図２１（ａ）は本実施形態における圧力センサの正面図、図２１（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図、図２１（ｃ）はダイヤフラム部に表面方向から圧力がかけられた場合において、ダイヤフラム表面ｘ軸上での圧力による発生応力のｘ方向成分σｘｘの大きさを示した図である。また、図２２は本実施形態における圧力センサの回路構成を示す図である。
【０１３０】
本実施形態における圧力センサは、上記第１１実施形態と比較して圧力検出用のブリッジ回路を４つの拡散抵抗Ｒａ〜Ｒｄで構成したフルブリッジ回路で構成した点である。
【０１３１】
この場合、拡散抵抗Ｒｃは拡散抵抗Ｒｂと対応する抵抗値変化（圧縮応力）が得られる位置に形成され、拡散抵抗Ｒｄは拡散抵抗Ｒａと対応する抵抗値変化（引張応力）が得られる位置に形成される。
【０１３２】
このように、圧力検出用のブリッジ回路を４つの拡散抵抗Ｒａ〜Ｒｄで構成されたフルブリッジ回路とすることにより、より高感度のブリッジ回路とすることができる。
【０１３３】
（第１３実施形態）
次に、本発明の第１３実施形態を図２３に基づいて説明する。図２３（ａ）は本実施形態における圧力センサの正面図、図２３（ｂ）は（ａ）のＪ−Ｊ断面図、図２３（ｃ）はダイヤフラム部に表面方向から圧力がかけられた場合において、ダイヤフラム表面ｘ軸上での圧力による発生応力のｘ方向成分σｘｘ、同じくｙ方向成分σｙｙの大きさを示した図である。
【０１３４】
本実施形態における圧力センサは、第１０実施形態と比較して、面方位が（１００）面を成すシリコン基板で形成されたセンサチップ７０の表層部において、拡散抵抗Ｒａ、Ｒａ’と拡散抵抗Ｒｂ、Ｒｂ’との長手方向（電流経路の方向）が異なっている点が相違する。
【０１３５】
Ｓｉ（１００）面でのピエゾ抵抗効果は、抵抗変化量ΔＲが応力差（σｘｘ−σｙｙ）に比例するという性質があるため、ｘ方向が長手方向なっている拡散抵抗（ここでは拡散抵抗Ｒａ、Ｒａ’）の抵抗値変化量をΔＲとすると、ｙ方向が長手方向となっている拡散抵抗（ここでは拡散抵抗Ｒｂ、Ｒｂ’）の抵抗値変化量がほぼ−ΔＲとなるという関係があり、同じ圧力が印加されても異なる変化特性を有している。
【０１３６】
このため、本実施形態では、σｘｘとσｙｙとの差が最も小さくなる部位にｘ方向を長手方向とする拡散抵抗Ｒａを設けると共にｙ方向を長手方向とする拡散抵抗Ｒｂを設け、上記差が最も大きくなる部位に、ｘ方向を長手方向とする拡散抵抗Ｒａ′を設けると共にｙ方向を長手方向とする拡散抵抗Ｒｂ’を設けた構成としている。
【０１３７】
このような構成としても、拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂによって構成される圧力検出用のブリッジ回路が低感度となり、拡散抵抗Ｒａ’、Ｒｂ’によって構成される故障検出用のブリッジ回路が高感度となる。従って、本実施形態の構成としても、第１０実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３８】
（第１４実施形態）
次に、本発明の第１４実施形態を図２４に基づいて説明する。図２４（ａ）は本実施形態における圧力センサの正面図、図２４（ｂ）は（ａ）のＫ−Ｋ断面図、図２４（ｃ）はダイヤフラム部に表面方向から圧力がかけられた場合において、ダイヤフラム表面ｘ軸上での圧力による発生応力のｘ方向成分σｘｘ、同じくｙ方向成分σｙｙの大きさを示した図である。
【０１３９】
本実施形態における圧力センサは、上記第１３実施形態と比較して故障検出用のブリッジ回路を４つの拡散抵抗Ｒａ’〜Ｒｄ’で構成したフルブリッジ回路で構成した点である。
【０１４０】
この場合、拡散抵抗Ｒｃ’はｙ方向が長手方向とされ、拡散抵抗Ｒｂ’と対応する抵抗値変化（圧縮応力）が得られる位置に形成される。また、拡散抵抗Ｒｄ’はｘ方向が長手方向とされ、拡散抵抗Ｒａ’と対応する抵抗値変化（引張応力）が得られる位置に形成される。
【０１４１】
このように、故障検出用のブリッジ回路を４つの拡散抵抗Ｒａ’〜Ｒｄ’で構成されたフルブリッジ回路とすることにより、より高感度のブリッジ回路とすることができる。
【０１４２】
（第１５実施形態）
次に、本発明の第１４実施形態を図２５に基づいて説明する。図２５（ａ）は本実施形態における圧力センサの正面図、図２５（ｂ）は（ａ）のＬ−Ｌ断面図、図２５（ｃ）はダイヤフラム部に表面方向から圧力がかけられた場合において、ダイヤフラム表面ｘ軸上での圧力による発生応力のｘ方向成分σｘｘ、同じくｙ方向成分σｙｙの大きさを示した図である。
【０１４３】
本実施形態における圧力センサは、上記第１４実施形態と比較して圧力検出用のブリッジ回路を４つの拡散抵抗Ｒａ〜Ｒｄで構成したフルブリッジ回路で構成した点である。
【０１４４】
この場合、拡散抵抗Ｒｃはｙ方向が長手方向とされ、拡散抵抗Ｒｂと対応する抵抗値変化（圧縮応力）が得られる位置に形成される。また、拡散抵抗Ｒｄはｘ方向が長手方向とされ、拡散抵抗Ｒａと対応する抵抗値変化（引張応力）が得られる位置に形成される。
【０１４５】
このように、圧力検出用のブリッジ回路を４つの拡散抵抗Ｒａ〜Ｒｄで構成されたフルブリッジ回路とすることにより、より高感度のブリッジ回路とすることができる。
【０１４６】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、ブリッジ回路を構成する各抵抗の抵抗値が同一になるように構成しているが、製造バラツキ等により各抵抗の抵抗値が同一にならない場合を考慮して、回路上の各抵抗近傍にトリミング調整を行う抵抗（可変抵抗）を設け、これにより各抵抗の抵抗値が等しくなるように構成してもよい。
【０１４７】
また、上記各実施形態のブリッジ回路の故障判定において、比較する出力値が一致するか否かで判定を行ったが、圧力センサの製造バラツキや検出精度を考慮して、判定にある程度の幅を持たせてもよい。例えば、数式２の｜ＶBC｜＝２×｜ＶCE｜では、｜ＶBC｜＝２×｜ＶCE｜±α（α：許容誤差）とすることができる。
【０１４８】
また、上記第１〜第４実施形態では、ある時点での各電位差（電圧）を比較してブリッジ回路の故障判定を行ったが、所定時間における電位差の変化量を比較することによってブリッジ回路の故障判定を行ってもよい。
【０１４９】
また、上記第５〜第９実施形態において、故障検出用回路は各実施形態の配置に限定されず、圧力検出用回路と異なる出力特性を持たせることができれば、故障検出用回路はダイヤフラム部における任意の位置に配置可能である。
【０１５０】
また、上記第３実施形態においては、等分割した抵抗の分割点の電位を用いて故障検出を行う場合を例に挙げたが、必ずしも等分割する必要はなく、４辺のブリッジ回路２辺に配置される抵抗を、圧力が印加されていない時に電位が等しくなる点で分割し、その分割点の電位を用いて故障検出を行うものであれば他の構成であっても本発明を適用できる。
【０１５１】
さらに、上記第１３実施形態においては、拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂと拡散抵抗Ｒａ’、Ｒｂ’とがダイヤフラム部の中心から共にｘ方向にずらした配置としているが、必ずしもこのような配置とする必要はない。例えば、図２６に示すように、拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂをダイヤフラム部の中心からｘ方向にずらし、拡散抵Ｒａ’、Ｒｂ’をダイヤフラム部の中心からｙ方向にずらすようにしても良い。
【０１５２】
また、同様に、第１４実施形態における拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒａ’〜Ｒｄ’に関して、図２７（ａ）に示すような、拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂをダイヤフラム部の中心からｘ方向にずらし、拡散抵抗Ｒａ’〜Ｒｄ’をダイヤフラム部の中心からｙ方向にずらした配置としても良い。さらに、図２７（ｂ）に示すような、拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒａ’、Ｒｂ’をダイヤフラム部の中心からｘ方向にずらし、拡散抵抗Ｒｃ’、Ｒｄ’をダイヤフラム部の中心からｙ方向にずらした配置としてもよい。
【０１５３】
また、同様に、第１５実施形態における拡散抵抗Ｒａ〜Ｒｂ、Ｒａ’〜Ｒｄ’に関して、図２８（ａ）に示すような、拡散抵抗Ｒａ〜Ｒｄをダイヤフラム部の中心からｘ方向にずらし、拡散抵抗Ｒａ’〜Ｒｄ’をダイヤフラム部の中心からｙ方向にずらした配置としても良い。さらに、図２８（ｂ）に示すような、拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒａ’、Ｒｂ’をダイヤフラム部の中心からｘ方向にずらし、拡散抵抗Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｃ’、Ｒｄ’をダイヤフラム部の中心からｙ方向にずらした配置としてもよい。
【０１５４】
ただし、これら図２６〜図２８に示した配置は例示であり、これらの図に示されていない配置であっても本発明を適用することは可能である。
【０１５５】
なお、上記第１０実施形態以降では、極めて高い圧力（５０気圧以上）を検出する圧力センサを例にしたため、感度の高い故障検出用回路を別途設けたが、比較的低い圧力（例えば１〜１０気圧）を検出する圧力センサではその必要がなくなる。その場合を以下に説明する。
【０１５６】
図１６において圧力基準室６０ａが真空であることを前提とすると、通常ダイヤフラム部は大気圧状態で多少基準室側に撓んでおり、加圧と共にさらに基準室側に撓む。また、大気圧以下の圧力、すなわち負圧では撓み具合が徐々に減少し、絶対圧がゼロではダイヤフラム部の撓みがなくなる。加圧のみを前提とした圧力センサでは負圧を意味する信号は異常であるが、圧力基準室６０ａの気密が破れた場合にはダイヤフラム部の上下の圧力が同一となってしまうので、ダイヤフラム部の撓みがない状態、すなわち、擬似的に上記絶対圧ゼロの状態が発生する。
【０１５７】
よって、図２９に示す回路構成を用いて、絶対圧ゼロ付近、あるいは負圧に相当する出力を検出してやれば、圧力基準室６０ａの気密不良という故障モードを検出することができる。
【０１５８】
さらに、図２９における回路構成が対象とする圧力よりももう少し高い圧力範囲（例えば１０〜５０気圧）を対象とする回路構成として、図３０に示す回路構成も考えられる。すなわち、図２９では増幅器が１個であったが、本図では２系統に増幅器６６、６６’を備えるようにしている。このような回路構成とすれば、故障検出回路の感度を高くすることが可能である。
【０１５９】
上記第１０実施形態以降、半導体基板を薄肉化したダイヤフラム部を形成し、基板表面にゲージ抵抗を形成したタイプの圧力センサで説明したが、これ以外の構造でも圧力基準室を有する圧力センサならば、気密不良検出に関する本発明を適用可能である。すなわち、容量式等の他の方式の圧力センサにも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施形態の圧力センサの回路構成を示す回路図である。
【図２】第１実施形態の圧力センサの部分断面図である。
【図３】第２実施形態の圧力センサの回路構成を示す回路図である。
【図４】第３実施形態の圧力センサの回路構成を示す回路図である。
【図５】第３実施形態の圧力センサの変形例を示す回路図である。
【図６】第４実施形態の圧力センサの回路構成を示す回路図である。
【図７】第５実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図である。
【図８】第５実施形態の圧力センサの回路構成を示す回路図である。
【図９】（ａ）は第６実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】第６実施形態の圧力センサにおける２つのブリッジ回路の出力特性を示す特性図である。
【図１１】第６実施形態の圧力センサの概略構成を示す回路図である。
【図１２】第６実施形態の圧力センサの変形例を示すダイヤフラム部の平面図である。
【図１３】（ａ）は第７実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１４】（ａ）は第８実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図１５】（ａ）は第９実施形態の圧力センサのダイヤフラム部の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図１６】（ａ）は第１０実施形態における圧力センサの斜視図であり、（ｂ）はＦ−Ｆ断面図である。
【図１７】第１０実施形態における圧力センサの拡散抵抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図である。
【図１８】第１０実施形態における圧力センサの回路構成を示す図である。
【図１９】第１１実施形態における圧力センサの拡散抵抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図である。
【図２０】図１９に示す圧力センサの回路構成を示す図である。
【図２１】第１２実施形態における圧力センサの拡散抵抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図である。
【図２２】図２１に示す圧力センサの回路構成を示す図である。
【図２３】第１３実施形態における圧力センサの拡散抵抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図である。
【図２４】第１４実施形態における圧力センサの拡散抵抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図である。
【図２５】第１５実施形態における圧力センサの拡散抵抗の形成位置と圧力による発生応力との関係を示す図である。
【図２６】他の実施形態で示す拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒａ’、Ｒｂ’の配置例を示す図である。
【図２７】他の実施形態で示す拡散抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒａ’〜Ｒｄ’の配置例を示す図である。
【図２８】他の実施形態で示す拡散抵抗Ｒａ〜Ｒｄ、Ｒａ’〜Ｒｄ’の配置例を示す図である。
【図２９】他の実施形態で示す圧力センサの回路構成を示す図である。
【図３０】他の実施形態で示す圧力センサの回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１０、１３…ブリッジ回路、１１、１２…基準電位発生回路、
２０、２１、２２…増幅調整回路、３０…故障判定回路、
ＲＡ〜ＲＤ、ＲＩ、ＲＪ〜ＲＭ、ＲＮ〜ＲＱ…ゲージ抵抗。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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