(57)【要約】【課題】センサチップの体格の増大、および、物理量（圧力）の検出精度の低下それぞれが抑制された圧力センサを提供する。【解決手段】長手方向に延び、長手方向に対して直交する厚さ方向の長さが局所的に薄いメンブレンが形成され、メンブレンに圧電素子の形成されたセンサチップと、センサチップの支持端を被覆するとともに固定し、他方の端部を自由端としてセンサチップを片持ち支持する樹脂部と、を有し、メンブレンは樹脂部から離れた自由端に形成され、樹脂部におけるセンサチップを被覆する部位とメンブレンとの長手方向における最短の離間距離が、センサチップにおける長手方向と厚さ方向それぞれに直交する短手方向の長さ以上である。【選択図】図５
2017015484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延び、前記長手方向に対して直交する厚さ方向の長さが局所的に薄いメンブレン（１１ｃ）が形成され、前記メンブレンに圧電素子（２０）の形成されたセンサチップ（１０）と、
前記センサチップの２つの端部（１０ａ，１０ｂ）の内の一方を支持端（１０ａ）として被覆するとともに固定し、２つの前記端部の内の他方を自由端（１０ｂ）として前記センサチップを片持ち支持する樹脂部（４０）と、を有し、
前記メンブレンは前記樹脂部から離れた前記自由端に形成され、
前記樹脂部における前記センサチップを被覆する部位と前記メンブレンとの前記長手方向における最短の離間距離が、前記センサチップにおける前記長手方向と前記厚さ方向それぞれに直交する短手方向の長さ以上である圧力センサ。
【請求項２】
前記センサチップは、一面（１１ａ）に前記圧電素子の形成された第１基板（１１）、貫通孔（１２ａ）の形成された第２基板（１２）、前記圧電素子を囲うための凹部（１３ａ）の形成された第３基板（１３）を有し、
前記第１基板の前記一面の反対側の裏面（１１ｂ）に、前記圧電素子の形成領域の前記裏面側の投影領域が前記貫通孔を介して外部に露出されるように前記第２基板が直接接続され、
前記第１基板の前記一面に、前記圧電素子の形成領域が前記凹部によって囲まれるように前記第３基板が直接接続されている請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記メンブレンの前記裏面側は、前記投影領域における前記貫通孔を介して外部に露出された部位と相等しく、その平面形状が八角形を成している請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記メンブレンの平面形状を成す８つの辺（１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ）の内、前記長手方向に沿う２つを第１辺（１１ｄ）、前記短手方向に沿う２つを第２辺（１１ｅ）、前記長手方向および前記短手方向それぞれに対して傾斜する４つを第３辺（１１ｆ）とすると、
２つの前記第１辺が前記短手方向に並び、２つの前記第２辺が前記長手方向に並び、前記第１辺と前記第２辺とが、前記第３辺を介して連結されている請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記圧電素子として複数のピエゾ抵抗効果素子を有し、
２つの前記第１辺と２つの前記第２辺それぞれの中央部に前記ピエゾ抵抗効果素子が配置されている請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
複数の前記ピエゾ抵抗効果素子は前記長手方向に電流が流れるように前記メンブレンに形成され、
２つの前記第１辺と２つの前記第２辺それぞれの中央部に配置される前記ピエゾ抵抗効果素子によって２つのハーフブリッジ回路が構成され、
２つの前記ハーフブリッジ回路によってフルブリッジ回路が構成されている請求項５に記載の圧力センサ。
【請求項７】
２つの前記ハーフブリッジ回路それぞれの中点電位を差動増幅する差動増幅回路（２５）を有する請求項６に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記支持端と接着剤（３１）を介して機械的に連結されるインナリード（３０）を有し、
前記支持端とともに、前記接着剤と前記インナリードは前記樹脂部によって被覆されている請求項１〜７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、メンブレンに圧電素子の形成されたセンサチップが樹脂部によって片持ち支持された圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、センサチップと封止部材を備える物理量センサが知られている。センサチップには物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が形成されている。封止部材はセンシング部を露出させつつ、センサチップの一部を封止することでセンサチップを片持ち支持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０２２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のセンサチップは長手方向に延び、その一端側が封止部材によって被覆されている。またセンサチップの他端側にセンシング部が形成されている。温度が変化すると封止部材は膨張収縮し、その熱応力によってセンサチップに歪みが生じる。この歪みは封止部材から遠くなるほどに小さくなる。したがってセンサチップを適宜長くしてセンシング部を封止部材から遠ざけることで、歪みがセンシング部へ伝達することを抑制することができる。これにより物理量の検出精度の低下が抑制される。
【０００５】
しかしながらセンサチップを長くしすぎると、それによってセンサチップの体格が増大する、という新たな問題が生じる。これとは逆にセンサチップを短くしすぎると、上記の歪みのセンシング部への伝達抑制が弱まる。そのために物理量の検出精度の低下を効果的に抑制できなくなる。
【０００６】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、センサチップの体格の増大、および、物理量（圧力）の検出精度の低下それぞれが抑制された圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するための開示された発明の１つは、長手方向に延び、長手方向に対して直交する厚さ方向の長さが局所的に薄いメンブレン（１１ｃ）が形成され、メンブレンに圧電素子（２０）の形成されたセンサチップ（１０）と、
センサチップの２つの端部（１０ａ，１０ｂ）の内の一方を支持端（１０ａ）として被覆するとともに固定し、２つの端部の内の他方を自由端（１０ｂ）としてセンサチップを片持ち支持する樹脂部（４０）と、を有し、
メンブレンは樹脂部から離れた自由端に形成され、
樹脂部におけるセンサチップを被覆する部位とメンブレンとの長手方向における最短の離間距離が、センサチップにおける長手方向と厚さ方向それぞれに直交する短手方向の長さ以上である。
【０００８】
詳しくは実施形態で説明するが、上記のように離間距離がセンサチップ（１０）の短手方向の長さ（横幅）以上の場合、温度変化によってメンブレン（１１ｃ）に歪みが生じがたくなる。したがって圧力の検出精度が温度変化によって低下することが抑制される。
【０００９】
また上記したように、温度変化によってメンブレン（１１ｃ）に歪みが生じがたくなる離間距離と横幅の関係が明らかになった。そのため、この関係に基づいて樹脂部４０によるセンサチップ１０の被覆範囲を定めることで、極端にセンサチップ（１０）を長く設計しなくとも、メンブレン（１１ｃ）に歪みが生じるのを抑制することができる。以上により、メンブレン（１１ｃ）に歪みが生じるのを抑制しつつ、センサチップ（１０）の体格の増大を抑制することができる。
【００１０】
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】メンブレンとピエゾ抵抗効果素子、および、樹脂部におけるセンサチップを被覆する部位を示す上面図である。
【図３】フルブリッジ回路と差動増幅回路を示す回路図である。
【図４】メンブレンに生じる歪みと比率Ｌ／ｗの関係を示す図表である。
【図５】メンブレンに生じる歪みと比率Ｌ／ｗの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明をエンジンのオイル圧力の検出に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図５に基づいて本実施形態に係る圧力センサを説明する。なお図１ではセンサチップ１０の支持端１０ａ、自由端１０ｂ、および、これらを連結する中央部１０ｃとの境界を明示するために、その境界を一点鎖線で示している。また図２では構成を明りょうとするため、樹脂部４０にハッチングを入れている。
【００１３】
以下においては互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。ｘ方向が長手方向に相当し、ｙ方向が短手方向に相当し、ｚ方向が厚さ方向に相当する。
【００１４】
圧力センサ１００はエンジンのオイル圧力を検出する。このエンジンオイルはパイプ内を流動する。オイル圧力は動的に変化し、この動的に変化するオイル圧力が圧力センサ１００に印加される。圧力センサ１００はオイル圧力だけではなくオイル温度を検出する機能も果たす。これらオイル圧力とオイル温度の検出については後述する。
【００１５】
図１に示すように圧力センサ１００は、センサチップ１０、インナリード３０、および、樹脂部４０を有する。センサチップ１０はｘ方向に延びた直方体形状を成し、その支持端１０ａが接着剤３１を介してインナリード３０に支持されている。そしてセンサチップ１０とインナリード３０との連結部位とセンサチップ１０の中央部１０ｃの一部が樹脂部４０によって被覆されている。この構成により、センサチップ１０はインナリード３０と樹脂部４０とによって片持ち支持され、支持端１０ａとは反対側が自由端１０ｂとなっている。
【００１６】
センサチップ１０はｘ方向に延びた３つの基板１１〜１３が真空室において直接接続されてなる。第１基板１１の一面１１ａに第３基板１３が直接接続され、その反対側の裏面１１ｂに第２基板１２が直接接続されている。基板１１〜１３それぞれはシリコンから成り、基板１１，１２の境界、および、基板１１，１３の境界それぞれには酸化シリコン１４，１５が形成されている。
【００１７】
図１に示すように第１基板１１の一面１１ａの表層にはｐ拡散層１６が形成されている。このｐ拡散層１６によって配線パターンと圧電素子２０とが形成されている。第２基板１２の自由端１０ｂ側にはｚ方向に貫通する貫通孔１２ａが形成されている。第３基板１３の自由端１０ｂ側には局所的にｚ方向にへこんだ凹部１３ａが形成され、支持端１０ａ側にはｚ方向に貫通する貫通電極１３ｂが形成されている。
【００１８】
上記のように基板１１〜１３を直接接続する際、一面１１ａにおける圧電素子２０の形成領域が凹部１３ａによって囲まれるように、一面１１ａに第３基板１３を直接接続する。これにより、凹部１３ａと圧電素子２０の形成領域とによって密閉空間が形成される。この密閉空間は真空状態となっている。また、裏面１１ｂにおける圧電素子２０の形成領域をｚ方向に投影した投影領域が貫通孔１２ａを介して外部に露出されるように、裏面１１ｂに第２基板１２を直接接続する。
【００１９】
以上により、ｚ方向において凹部１３ａ、圧電素子２０の形成領域、および、貫通孔１２ａが並び、センサチップ１０の厚さが圧電素子２０の形成領域において局所的に薄くなる。この局所的に薄い箇所（以下、メンブレン１１ｃと示す）の裏面１１ｂ側がエンジンオイルと接触する。したがってオイル圧力が変動すると、それに応じてメンブレン１１ｃに歪みが生じる。
【００２０】
なお、上記したように３つの独立した基板１１〜１３を直接接続するのではなく、例えば、第１基板１１と第２基板１２とが酸化シリコン１４を介して接続されてなるＳＯＩ基板に第３基板１３を直接接続してもよい。この場合、予めＳＯＩ基板にｐ拡散層１６と未貫通の貫通孔１２ａを形成し、第３基板１３に凹部１３ａと貫通電極１３ｂを形成しておく。その後にＳＯＩ基板と第３基板１３とを真空室において直接接続する。こうすることでセンサチップ１０が形成される。
【００２１】
上記したように第１基板１１には配線パターンが形成されている。この配線パターンは第３基板１３の貫通電極１３ｂと電気的に接続されている。そして貫通電極１３ｂは第３基板１３の表面に形成された配線１３ｃと電気的に接続され、この配線１３ｃにワイヤ１７が接続されている。このワイヤ１７は図示しない処理回路と電気的に接続されている。なお配線１３ｃは例えばアルミニウムから成り、窒化シリコン１３ｄによって被覆保護されている。ただし配線１３ｃにおけるワイヤ１７との接続部位は窒化シリコン１３ｄから露出されている。
【００２２】
図２に示すようにメンブレン１１ｃの平面形状は八角形を成している。このメンブレン１１ｃの平面形状は、貫通孔１２ａの開口端の形状によって定められる。メンブレン１１ｃの平面形状は、ｘ方向に沿う２つの第１辺１１ｄ，ｙ方向に沿う２つの第２辺１１ｅ、および、ｘ方向とｙ方向それぞれに対して傾斜する４つの第３辺１１ｆが連結されてなる。２つの第１辺１１ｄがｙ方向に並び、２つの第２辺１１ｅがｘ方向に並んでいる。そして第１辺１１ｄと第２辺１１ｅとが第３辺１１ｆを介して連結されている。本実施形態においてメンブレン１１ｃは正八角形を成している。そのため辺１１ｄ〜１１ｆそれぞれの長さは互いに等しくなっている。
【００２３】
メンブレン１１ｃの平面形状を画する３種類の辺１１ｄ〜１１ｆそれぞれの最も撓みやすい部位は、その辺の中央部である。これとは反対に最も撓みがたい部位は、２つの辺の連結部位（角部）である。
【００２４】
上記したようにメンブレン１１ｃの裏面１１ｂ側が外部に露出され、一面１１ａ側は凹部１３ａとともに真空状態の密閉空間を形成している。したがってオイル圧力が動的に変動しなくとも、メンブレン１１ｃは通常ｚ方向において密閉空間側に湾曲している。この湾曲は、メンブレン１１ｃの中心が密閉空間側に凸となる湾曲である。このためメンブレン１１ｃは、自身の中心点をｚ方向に貫く中心軸回りにおいて伸びるように湾曲する。またメンブレン１１ｃの縁部（辺１１ｄ〜１１ｆの周囲）は、メンブレン１１ｃの中心点から放射状に延びる放射方向において縮むように湾曲する。オイル圧力が上昇するとメンブレン１１ｃは、上記と同様にしてさらにｚ方向に湾曲する。
【００２５】
図２に示すようにメンブレン１１ｃには、圧電素子２０として４つのピエゾ抵抗効果素子２１〜２４が形成されている。これら４つのピエゾ抵抗効果素子２１〜２４はメンブレン１１ｃの歪に対する抵抗の変化率が互いに同一となっている。そしてピエゾ抵抗効果素子２１〜２４は辺１１ｄ，１１ｅそれぞれの最も撓みやすい中央部に形成されている。より詳しく言えば、ピエゾ抵抗効果素子２１，２４は第１辺１１ｄの中央部に形成されてｙ方向に並んでいる。またピエゾ抵抗効果素子２２，２３は第２辺１１ｅの中央部に形成されてｘ方向に並んでいる。
【００２６】
４つのピエゾ抵抗効果素子２１〜２４はそれぞれｘ方向に蛇行して形成され、総体的にはｘ方向に電流が流動する。したがってピエゾ抵抗効果素子２１〜２４それぞれの抵抗値は、メンブレン１１ｃがｘ方向に縮んだり延びたりすることで変化する。そしてその抵抗値の増減方向は、縮む場合と伸びる場合とで反対になっている。
【００２７】
ピエゾ抵抗効果素子２１，２４は第１辺１１ｄに沿って形成されている。換言すれば、ピエゾ抵抗効果素子２１，２４はメンブレン１１ｃの中心軸回りのｘ方向に沿う接線方向に沿って形成されている。したがって上記したようにメンブレン１１ｃがｚ方向に湾曲すると、ピエゾ抵抗効果素子２１，２４はメンブレン１１ｃの中心軸回りにおいて伸びる。
【００２８】
これに対してピエゾ抵抗効果素子２２，２３は第２辺１１ｅに直交するように形成されている。換言すれば、ピエゾ抵抗効果素子２１，２４は上記の放射方向におけるｘ方向に沿う仮想線上に形成されている。したがって上記したようにメンブレン１１ｃがｚ方向に湾曲すると、ピエゾ抵抗効果素子２２，２３は放射方向において縮む。
【００２９】
以上により、ピエゾ抵抗効果素子２１，２４とピエゾ抵抗効果素子２２，２３とは、メンブレン１１ｃのｚ方向に生じる歪みに対して逆方向に収縮と伸張をする。そのためにピエゾ抵抗効果素子２１，２４とピエゾ抵抗効果素子２２，２３とは、逆方向に抵抗変化する。例えばピエゾ抵抗効果素子２１，２４の抵抗値が増加する場合、ピエゾ抵抗効果素子２２，２３の抵抗値は減少する。
【００３０】
図３に示すようにこれら４つのピエゾ抵抗効果素子２１〜２４によって２つのハーフブリッジ回路が構成され、これらが連結されて１つのフルブリッジ回路が構成されている。より詳しく言えば、互いに抵抗変化が逆のピエゾ抵抗効果素子２１，２２が定電流回路からグランドへと向かって直列接続されて第１ハーフブリッジ回路が構成されている。そして互いに抵抗変化が逆のピエゾ抵抗効果素子２３，２４が定電流回路からグランドへと向かって直列接続されて第２ハーフブリッジ回路が構成されている。これら２つのハーフブリッジ回路は定電流回路とグランドとが共通とされ、１つのフルブリッジ回路が構成されている。以上の構成によりフルブリッジ回路の合成抵抗はメンブレン１１ｃに生じる歪みに対して変動しがたくなっている。この合成抵抗は主としてオイル温度に応じて変動する。しかしながら２つのハーフブリッジ回路の中点電位は、メンブレン１１ｃに生じる歪みに応じて変動する。
【００３１】
第１ハーフブリッジ回路の中点（ピエゾ抵抗効果素子２１，２２の中点）と、第２ハーフブリッジ回路の中点（ピエゾ抵抗効果素子２３，２４の中点）とが差動増幅回路２５の入力端子に接続されている。これにより差動増幅回路２５にて２つのハーフブリッジ回路の中点電位が差動増幅され、メンブレン１１ｃに生じた歪み（オイル圧力）に応じた電気信号が出力される。
【００３２】
なお定電流回路と差動増幅回路２５は、上記の処理回路が有する。したがってピエゾ抵抗効果素子２１〜２４それぞれは、上記の第１基板１１の配線パターン、貫通電極１３ｂ、配線１３ｃ、および、ワイヤ１７を介して定電流回路や差動増幅回路２５と電気的に接続されている。
【００３３】
上記の定電流回路はフルブリッジ回路の合成抵抗の変化に依らずに一定電流を流そうと働く。上記したようにフルブリッジ回路の合成抵抗はメンブレン１１ｃに生じる歪みに対して変動しがたいが、オイル温度に応じて変化する。そのため定電流回路が一定電流を流そうとして生成する電圧の変化に基づいて、オイル温度を検出することができる。このような処理を処理回路が行う。
【００３４】
図１に示すように貫通電極１３ｂ、配線１３ｃ、および、ワイヤ１７はセンサチップ１０の支持端１０ａに形成されている。そしてセンサチップ１０の配線１３ｃの形成面の裏面に接着剤３１が塗布され、この接着剤３１を介してインナリード３０と機械的に連結されている。支持端１０ａの全てと中央部１０ｃの一部が樹脂部４０によって被覆され、中央部１０ｃの一部と自由端１０ｂの全てが樹脂部４０から外部に露出されている。
【００３５】
樹脂部４０はエポキシ系樹脂であり、接着剤３１はエポキシ系樹脂を含有している。接着剤３１を介してセンサチップ１０をインナリード３０に固定した後、これを図示しない金型にいれる。そしてその金型のキャビティ内に溶融状態の樹脂部４０を設け、これによって支持端１０ａと中央部１０ｃの一部とともに接着剤３１とインナリード３０とを被覆する。この後に金型を所定温度冷却することで樹脂部４０を固化する。これにより圧力センサ１００が製造される。
【００３６】
環境温度が変化すると、圧力センサ１００のセンサチップ１０や樹脂部４０は膨張収縮する。センサチップ１０と樹脂部４０とは互いに線膨張係数が異なる。そのために環境温度が変化すると、線膨張係数差に応じた熱応力がセンサチップ１０と樹脂部４０とに生じる。この熱応力が、樹脂部４０によって被覆されるセンサチップ１０の支持端１０ａと中央部１０ｃの一部に印加される。すると支持端１０ａと中央部１０ｃの一部に歪みが生じ、その歪みが樹脂部４０から露出された中央部１０ｃを介して自由端１０ｂのメンブレン１１ｃへと伝達される。これによりピエゾ抵抗効果素子２１〜２４の抵抗値が変動し、差動増幅回路２５から出力される電気信号（センサ信号）が変動する。このように熱応力のためにメンブレン１１ｃに歪みが生じ、これによってセンサ信号が変動する虞がある。すなわち圧力の検出精度が低下する虞がある。
【００３７】
熱応力によるメンブレン１１ｃの歪みは、環境温度が冷えるほどに大きくなる。しかしながら熱応力によって直接的に歪むのは支持端１０ａと中央部１０ｃの一部であり、そこからｘ方向に離れた自由端１０ｂのメンブレン１１ｃは、樹脂部４０から露出された中央部１０ｃを介して間接的に歪む。熱応力によってセンサチップ１０に生じる歪みは、支持端１０ａから自由端１０ｂへと向かうにつれて小さくなる。したがって樹脂部４０におけるセンサチップ１０の被覆部位とメンブレン１１ｃとの離間距離Ｌを長くすることで、メンブレン１１ｃに歪みを生じがたくすることができる。
【００３８】
これに対して圧力センサ１００では、図１および図２に示すように樹脂部４０におけるセンサチップ１０の被覆部位とメンブレン１１ｃとのｘ方向における最短の離間距離Ｌが、センサチップ１０のｙ方向の長さ（横幅ｗ）よりも長くなっている。
【００３９】
図４に、圧力センサ１００を−４０℃まで冷却した際にメンブレン１１ｃに生じる歪みを示す。歪み量はハッチングが粗から密へと進むとしたがってｘ方向に大きくなることを示している。そして歪み量を示すスケールに示す＋と−は、ｘ方向における歪み方向の相違を示している。＋はｘ方向においてメンブレン１１ｃから支持端１０ａへと進む方向であり、−はその反対方向である。
【００４０】
したがって＋側のハッチングの施された部位は樹脂部４０によって支持されている支持端１０ａ側へと引っ張られた状態を示している。すなわち＋側のハッチングはセンサチップ１０に圧縮が生じていることを示している。これとは反対に−側のハッチングの施された部位は樹脂部４０によって支持されている支持端１０ａから離れる方向に延びた状態を示している。すなわち−側のハッチングはセンサチップ１０に伸張が生じていることを示している。
【００４１】
図４の（ａ）〜（ｄ）欄に４つの実験結果を示す。（ａ）〜（ｄ）欄は離間距離Ｌと横幅ｗとの比率Ｌ／ｗが相違している。（ａ）欄は比率Ｌ／ｗ＝０．４、（ｂ）欄は比率Ｌ／ｗ＝０．６、（ｃ）欄は比率Ｌ／ｗ＝０．８、（ｄ）欄は比率Ｌ／ｗ＝１．０の場合のメンブレン１１ｃの歪みを示している。
【００４２】
比率Ｌ／ｗ＝０．４〜０．８の場合、離間距離Ｌが横幅ｗよりも短いために熱応力によってメンブレン１１ｃに歪みが生じ、センサ信号が変動する。これは熱応力のためにピエゾ抵抗効果素子２１〜２４に生じる歪み量やその方向が相違するためである。
【００４３】
これに対して比率Ｌ／ｗ＝１．０の場合、離間距離Ｌが横幅ｗと等しいためにメンブレン１１ｃに熱応力によって歪みが生じがたく、センサ信号が変動しがたくなっている。これはピエゾ抵抗効果素子２１〜２４に生じる歪みが、単にメンブレン１１ｃが真空状態の密閉空間へとｚ方向に引っ張られるためだけに生じ、熱応力によるｘ方向の歪みがなくなるからである。すなわち、ピエゾ抵抗効果素子２１〜２４に生じる歪み量が同等となるためである。
【００４４】
図４に示すＰは、センサ信号によって換算される圧力量を示す値であり、その単位は任意単位である。比率Ｌ／ｗ＝０．４〜０．８の場合、圧力Ｐ＝８．９〜１．６となる。しかしながら比率Ｌ／ｗ＝１．０の場合、圧力Ｐ＝０．０となる。
【００４５】
図５に圧力Ｐと比率Ｌ／ｗとの関係を示す。図５に示す実線はシミュレーション結果を示し、白丸点は実験結果を示している。図５に示すように、比率Ｌ／ｗが大きくなるにしたがって圧力Ｐが低くなる。比率Ｌ／ｗが０．８よりも大きくなると圧力Ｐは被検出対象圧力オーダーの０．０５％以下になる。そして比率Ｌ／ｗが１．０よりも大きくなると圧力Ｐはほぼゼロになる。図５に示すように、比率Ｌ／ｗが１．０〜２．３の場合に圧力Ｐはほぼゼロとなる。
【００４６】
なお上記の被検出対象圧力オーダーとは、被検出対象媒体（エンジンオイル）の圧力オーダーに相当する。したがってエンジンオイルの圧力オーダーが例えば１０００ｋＰａの場合、その０．０５％は０．５ｋＰａとなる。この０．０５％とは検出精度を保証するための値であり、設計者の定める検出精度によって適宜変更される値である。
【００４７】
次に、本実施形態に係る圧力センサ１００の作用効果を説明する。上記したように離間距離Ｌが横幅ｗ以上となっている。したがって熱応力（温度変化）によってメンブレン１１ｃに歪みが生じがたく、圧力の検出精度が温度変化によって低下することが抑制される。
【００４８】
また図５に示すように、温度変化によってメンブレン１１ｃに歪みが生じがたくなる離間距離Ｌと横幅ｗの関係が、本発明者の実施したシミュレーションと実験から明らかとなっている。そのため、樹脂部４０によってセンサチップ１０を被覆する範囲を図５に基づいて定めることで、温度変化によってメンブレン１１ｃに歪みが生じるのを抑制しつつ、センサチップ１０の体格の増大を抑制することができる。
【００４９】
上記のようにセンサチップ１０のｘ方向の長さを極端に長くせずとも、熱応力によってメンブレン１１ｃに歪みが生じることを抑制できる。これによりセンサチップ１０が支持端１０ａを中心として、車両振動に応じて振動することが抑制される。またセンサチップ１０の自由端１０ｂに動的に印加されるオイル圧力によって、センサチップ１０に過度な応力が印加されることが抑制される。これによりセンサチップ１０の耐久性が低下することが抑制される。
【００５０】
ところで本発明者がメンブレンの形成されたＳＯＩ基板とガラス台座とを陽極接合してセンサチップを製造したところ、センサチップの剛性が確保されるために熱応力によってメンブレン１１ｃに歪みが生じがたかった。これに対して、本実施形態で示したようにシリコンから成る基板１１〜１３を直接接合してセンサチップ１０を形成したところ、剛性が確保されないため、比率Ｌ／ｗの値によってはメンブレン１１ｃに歪みが生じる。そこで本実施形態で示したように、センサチップ１０の剛性が確保されずとも、比率Ｌ／ｗを１．０以上とすることでメンブレン１１ｃに歪みを生じがたくしている。
【００５１】
上記したようにセンサチップの剛性を確保するためにはガラス台座を用いるが、このガラス台座の生成には特殊なガラスを必要とする。これに対して本発明によればセンサチップ１０の剛性を確保せずともメンブレン１１ｃに歪みが生じることを抑制することができる。そしてセンサチップ１０を上記の特殊なガラスから成るガラス台座よりも安価なシリコン基板を用いて形成することができる。以上により、熱応力によってメンブレン１１ｃに歪みが生じることを抑制しつつ、センサチップ１０の原価コストを下げることができる。
【００５２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５３】
本実施形態では圧力センサ１００がエンジンのオイル圧力を検出する例を示した。しかしながら圧力センサ１００の検出対象としては上記例に限定されず、例えばトランスミッションのオイル圧力を検出してもよい。もちろん、被検出対象としてはオイルなどの液体に限らず、空気などの気体を検出することもできる。
【００５４】
本実施形態ではピエゾ抵抗効果素子２１〜２４が辺１１ｄ，１１ｅそれぞれの中央部に配置される例を示した。より詳しく別の表現をすれば、４つのピエゾ抵抗効果素子２１〜２４が、メンブレン１１ｃの中心点をｚ方向に貫く中心軸周りに９０°回転すると同等の配置となる例を示した。しかしながら４つのピエゾ抵抗効果素子２１〜２４の配置としては上記例に限定されない。
【００５５】
図４の（ｄ）に示すように、メンブレン１１ｃに熱応力による歪みが生じない場合、メンブレン１１ｃには真空状態の密閉空間へとｚ方向に引っ張られることに起因する歪みだけが生じる。そしてその歪みの分布はメンブレン１１ｃの形状に応じて決定される。本実施形態に示したようにメンブレン１１ｃが正八角形を成す場合、その正八角形の中心軸周りに９０°回転すると歪みの分布は同等となる。したがって密閉空間へとｚ方向に引っ張られることでメンブレン１１ｃに生じる歪みの分布が、メンブレン１１ｃの中心軸周りにθ°回転すると対称となる場合、ピエゾ抵抗効果素子２１〜２４の配置としては、メンブレン１１ｃの中心軸周りにθ°×ｎ（ｎ＝自然数）回転すると同等となればいい。
【００５６】
メンブレン１１ｃが正八角形である例を示した。しかしながらメンブレン１１ｃの平面形状としては上記例に限定されず、例えば正四角形や平行四辺形を採用することができる。この場合、４つのピエゾ抵抗効果素子２１〜２４はメンブレン１１ｃの平面形状を画す４つの辺の中央部に配置される。
【００５７】
本実施形態では圧電素子２０が４つのピエゾ抵抗効果素子２１〜２４を有し、これらによってフルブリッジ回路が構成される例を示した。しかしながら圧電素子２０が２つのピエゾ抵抗効果素子２１，２２を有し、これらによって第１ハーフブリッジ回路が構成されるだけでもよい。
【００５８】
本実施形態ではセンサチップ１０とは別に処理回路が形成された例を示した。しかしながらセンサチップ１０に処理回路が形成された構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００５９】
１０…センサチップ
１０ａ…支持端
１０ｂ…自由端
１１ｃ…メンブレン
２０…圧電素子
４０…樹脂部
１００…圧力センサ
【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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