JP2008241327A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ダイアフラムの裏面をゲル部材にて封止する圧力センサにおいて、ゲル部材の変形によるセンサ特性の変動を抑制する
【解決手段】圧力伝達通路の長さＴ１を、センサチップ３の凹部３ｄの深さ、台座４の貫通孔４ａの長さ（台座４の厚み）、ケース２の壁面２ｃの長さの和とし、圧力伝達通路のうち最も内径が小さくなる部分、つまり、ケース２の壁面２ｃにより形成される孔の内径Ｌ１と台座４の貫通孔４ａの内径Ｌ２のいずれか小さい方をＬｍｉｎとすると、圧力伝達通路の長さＴ１とＬｍｉｎの比で示されるアスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）が４以下、好ましくは３以下、より好ましくは２以下となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサチップに形成したダイアフラムの裏面側にて測定対象となる圧力を受圧する圧力センサであって、圧力導入孔が保護用のゲル部材により封止された圧力センサに関するものである。

従来の圧力センサとして、例えば特許文献１に示されるものがある。この圧力センサでは、半導体基板の裏面側を凹部とすることで薄肉部のダイアフラムが形成されると共に、ダイアフラムにゲージ抵抗（ピエゾ素子）が形成されたセンサチップと、このセンサチップの裏面に接合され凹部からダイアフラムへ通じる貫通穴を有する台座とが備えられている。センサチップは台座に対して陽極接合などにより接合されており、さらに、台座の貫通穴およびセンサチップの凹部には、センサチップ、特にセンサチップのダイアフラム裏面を保護するゲル部材が充填されている。

このような圧力センサでは、台座の貫通穴からゲル部材を介してダイアフラムに圧力が導入され、センサチップに形成されたゲージ抵抗からはピエゾ抵抗効果によって印加された圧力に応じた信号が出力される。

この種の圧力センサは、例えば、腐食性を有する液体やガスなどの圧力媒体の圧力を測定する場合に適用され、そのような腐食性の圧力媒体からセンサチップを保護するために、上記のようにゲル部材による保護がなされている。また、台座の貫通穴からのセンサチップのダイアフラムへの水分の侵入、および、侵入した水分が低温時に凍結して体積膨張したときのダイアフラムの破壊などを、防止するためにも、ゲル部材が注入されている。

具体的には、このような圧力センサは、ディーゼルエンジン車両の排気管内に設けられた排気清浄フィルタとしてのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の前後の差圧を測定したり、ＥＧＲ雰囲気中の圧力などを測定するセンサなどに適用される。
特開２００６−２２０５９２号公報

近年、自動車用センサなど、０℃以下の低温から１００℃以上の高温まで幅広い温度範囲で作動可能な圧力センサが要望されている。

しかしながら、この種の圧力センサの幅広い温度範囲での使用を検討したところ、ゲル部材の変形による応力によりセンサ特性が変化してしまうことが確認された。図６に示す断面図を利用して、この現象の推定メカニズムについて説明する。

まず、圧力センサの製造時には、図６（ａ）に示すように、ダイアフラムＪ２が形成されたセンサチップＪ１を台座と共にケースＪ５に備えられたパイプ状部材Ｊ３に固定し、センサチップＪ１の裏面側となるパイプ状部材Ｊ３内およびケースＪ５内にゲル部材Ｊ７となる未硬化ゲルを注入する。この後、図６（ｂ）に示すように１５０℃程度まで高温化するとゲル部材Ｊ７の表面（液面）が上昇し、それに伴ってゲル部材Ｊ７が硬化する。そして、図６（ｃ）に示すように冷却して再び室温に戻るとき、ゲル部材Ｊ７の表面が全体的に下降しても上昇したときにゲル部材Ｊ７のうちケースＪ５の壁面に付着した部分が壁面に密着した状態のままとなる。このため、ゲル部材Ｊ７が中央部、特にパイプ状部材Ｊ３内で窪んだ状態になると考えられる。ただし、この段階でトリミングによりセンサ出力のゼロ点調整を行うため、製造段階においては、センサ特性の変化は問題とならない。

次に、実際の使用時と同様の耐久試験を行ったところ、図６（ｄ）に示されたゼロ点調整が行われた状態から、図６（ｅ）に示された高温にすると、再びゲル部材Ｊ７が図中矢印のように移動して膨張し、一旦は図６（ｂ）に示した製造時の高温時と同様の状態となり、ゲル部材Ｊ７の窪みが解消する。ところが、この後、図６（ｆ）に示すように再び室温に戻すと、図６（ｃ）に示した状態よりもゲル部材Ｊ７の窪みが大きくなり、センサ出力のゼロ点がずれていた。これは、図中矢印で示したようにゲル部材Ｊ７が高温から室温に戻るときに収縮し、その収縮時の応力がダイアフラムＪ２に負圧として加えられるためと推定される。

本発明は、上記問題に鑑みてなされ、ダイアフラムの裏面をゲル部材にて封止する圧力センサにおいて、ゲル部材の変形によるセンサ特性の変動を抑制することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討により、ゲル部材と圧力が伝達される通路（以下、圧力伝達通路という）のアスペクト比がゲル部材の変形によるセンサ特性の変動に影響を与えていることを見出した。図７（ａ）は、圧力伝達経路のアスペクト比を変えたときの高温放置時間とセンサの特性変動量の関係を示したグラフであり、図７（ｂ）は、アスペクト比を説明するための圧力の部分拡大断面図である。

アスペクト比とは、図７（ｂ）に示すように、圧力伝達通路の長さ、具体的にはセンサチップＪ１に形成されたダイアフラムＪ２の裏面からパイプ状部材Ｊ３のうちダイアフラムＪ２の表面に対して垂直な壁面Ｊ４におけるセンサチップＪ１とは反対側の端部までの長さＴと、圧力伝達通路の幅Ｌの比のことを示している。

図７（ａ）に示されるように、アスペクト比が１の場合と比べて３の場合の方、つまり圧力伝達通路の幅Ｌに対して長さＴが短い場合よりも長い場合の方がセンサの特性変動量が大きいことが分かる。このことから、アスペクト比が大きくなればなる程、センサの特性変動量が大きくなると言える。

また、パイプ状部材Ｊ３におけるセンサチップＪ１とは反対側の端部をケースＪ５の一面Ｊ６から突き出した状態にした場合と、突き出さない状態にした場合について、圧力伝達経路のアスペクト比を変えたときの高温放置時間とセンサの特性変動量の関係を調べた。図８は、その結果を示したグラフである。

この図に示されるように、パイプ状部材Ｊ３が突き出している方が突き出していない場合と比べて、センサの特性変動量が大きくなっている。これは、図９に示すパイプ状部材Ｊ３がケースＪ５の一面Ｊ６から突き出している場合の圧力センサの部分断面図において矢印で示したように、パイプ状部材Ｊ３がケースＪ５の一面Ｊ６から突き出している分、ゲル部材Ｊ７が圧力伝達通路内への流れ込み難くなるためと考えられ、このゲル部材Ｊ７の流れ込み易さもセンサの特性変動量に関係していると考えられる。

このため、本発明者らは、さらにパイプ状部材Ｊ３の形状を変更して、センサの特性変動量の変化を調べた。具体的には、パイプ状部材Ｊ３がケースＪ５の一面Ｊ６から突き出していない場合と突き出している場合、さらにはパイプ状部材Ｊ３がケースＪ５の一面Ｊ６から突き出しておらず、かつ、パイプ状部材Ｊ３のうち圧力導入通路よりも外側（センサチップＪ１と反対側）において内壁面をテーパ面にした場合それぞれについてセンサの特性変動量を調べた。ただし、センサの特性変動量に関しては、ゲルは粘性項が大きいため移動による損失が発生すると仮定し、ゲルを流体として扱い、パイプ状部材Ｊ３のケースＪ５の一面Ｊ６からの突き出しの有無やパイプ状部材Ｊ３の内壁面Ｊ４の形状に応じた損失係数ζを想定し、圧力伝達通路を含めたパイプ状部材Ｊ３内での流動損失を求めることで特性変動量を求めた。それにより、図１０の結果が得られ、図中に示したようにセンサの特性変動量は、パイプ状部材Ｊ３の内壁面Ｊ４をテーパ面にした場合に最も小さく、続いてパイプ状部材Ｊ３がケースＪ１の一面から突き出していない場合が小さく、パイプ状部材Ｊ３がケースＪ１の一面から突き出した場合が最も大きかった。

したがって、パイプ状部材Ｊ３を用いる場合には、ケースＪ１の一面から突き出していないのが好ましく、さらにパイプ状部材Ｊ３の内壁面Ｊ４をテーパ面にすると好ましい。また、パイプ状部材Ｊ３を用いない場合にも、同様のことが言え、ケースＪ１の一面のうち圧力伝達通路の入口側がその周囲から突き出した形状にするよりも突き出さない形状にするのが好ましく、さらに圧力伝達通路よりも外側において内壁面をテーパ面にするのが好ましい。

上記目的を達成するため、本発明では、半導体基板（３ａ）の裏面に凹部（３ｄ）が形成されることで薄肉のダイアフラム（３ｂ）が構成され、該ダイアフラム（３ｂ）にゲージ抵抗（３ｃ）が形成されてなるセンサチップ（３）と、センサチップ（３）の裏面に接合され凹部（３ｄ）からダイアフラム（３ｂ）へ通じる貫通穴（４ａ）を有する台座（４）と、台座（４）と共にセンサチップ（３）を搭載する搭載面（２ａ）を有し、ダイアフラム（３ｂ）の裏面を受圧面として該受圧面に測定対象となる圧力媒体の圧力を伝達する圧力導入孔（２ｂ）が形成されると共に、ダイアフラム（３ｂ）の表面側に大気を導くように構成されたケース（２）と、ケース（２）における圧力導入孔（２ｂ）の一部と貫通孔（４ａ）と凹部（３ｄ）を圧力伝達通路として、該圧力伝達通路内に充填されたゲル部材（６）と、ケース（２）の外部との電気的な接続を行うためのターミナル（２ｄ）と、ゲージ抵抗（３ｃ）とターミナル（２ｃ）との電気的接続を行うための配線（８）とを備え、ゲル部材（６）を通じて受圧面に伝達された圧力媒体の圧力に基づきダイアフラム（３ｂ）が歪むと、該歪みに応じてゲージ抵抗（３ｃ）の抵抗値が変化し、該変化に応じた検出信号が配線（８）およびターミナル（２ｄ）を通じて出力されるように構成されている。そして、圧力導入孔（２ｂ）のうち圧力伝達通路を構成する部分は、ダイアフラム（３ｂ）の表面に対して垂直な壁面（２ｃ）であり、ダイアフラム（３ｂ）の裏面からケース（２）の壁面（２ｃ）におけるセンサチップ（３）とは反対側の端部までの長さを圧力伝達通路の長さＴ１とし、該圧力伝達通路の幅のうち最も小さくなる幅をＬｍｉｎとすると、圧力伝達通路の長さＴ１と幅Ｌｍｉｎの比で示されるアスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）が４以下とされていることを特徴としている。

このように、アスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）を４以下とすることで、ダイアフラム（３ｂ）の裏面をゲル部材（６）にて封止する圧力センサにおいて、ゲル部材（６）の変形によるセンサ特性の変動を抑制することが可能となる。

なお、ここでは圧力導入孔（２ｂ）のうちダイアフラム（３ｂ）の表面に対して垂直な壁面（２ｃ）にて圧力伝達通路の一部が構成されるようにしているが、圧力導入孔（２ｂ）のうち貫通孔（４ａ）と繋がる位置に、ダイアフラム（３ｂ）の表面に対して垂直な壁面（１０ａ）が備えられる中空形状のパイプ状部材（１０）を備える場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。

また、上記アスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）は小さければ小さいほどゲル部材（６）の変形によるセンサ特性の変動を抑制でき、好ましくはアスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）を３以下に、より好ましくはアスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）が２以下にすると良い。

また、壁面（３ａ、１０ａ）よりもセンサチップ（３）とは反対側において、圧力導入孔（２ｂ）が徐々に拡大されたテーパ面（２ｈ、１０ｂ）を設けても良い。

このようなテーパ面（２ｈ、１０ｂ）を設けるようにすると、ゲル部材（６）が圧力伝達通路内に回り込み易くなり、よりゲル部材（６）の変形によるセンサ特性の変動を抑制することが可能となる。

逆に、ゲル部材（６）を圧力伝達通路内にのみ備えるようにしても良い。このような構造とすれば、ゲル部材（６）が圧力導入孔（２ｂ）のうち圧力伝達通路よりも外側に備えられていないため、ゲル部材（６）の回り込み易さを考慮に入れる必要も無くなり、かつ、温度変化に伴うゲル部材（６）の移動が生じても、圧力導入通路内のみに限られるため、ゲル部材（６）の変形による応力の影響も小さくなる。したがって、ゲル部材（６）の変形によるセンサ特性の変動を抑制することが可能となる。

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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態を適用した圧力センサについて説明する。本実施形態で説明する圧力センサは、例えば車両における排圧センサとして使用される。

図１は、本実施形態の圧力センサ１の概略構成を示した図であり、図１は圧力センサ１の断面図である。以下、この図を参照して、本実施形態の圧力センサ１について説明する。

図１に示されるように、圧力センサ１は、ケース２、センサチップ３、台座４、接合部材５、ゲル部材６、回路チップ７、ボンディングワイヤ８等で構成されている。

ケース２は、圧力センサ１の外形を形成すると共に、内部に空間９を構成するものであり、この空間９内にケース２内にセンサチップ３等が収容される。ケース２の空間９を構成する壁面の一面（紙面中央の面）はセンサチップ３の搭載面２ａとされる。この搭載面２ａの例えば中央位置には、圧力導入孔２ｂが形成され、この圧力導入孔２ｂと対応する位置にセンサチップ３の裏面が位置合わせして搭載される。

圧力導入孔２ｂは、ケース２の搭載面２ａを構成する壁面を貫通させたものであり、この圧力導入孔２ｂのうちの一部の壁面２ｃがセンサチップ３の表面に対して垂直とされ、この壁面２ｃにより形成される孔が圧力伝達経路の一部とされる。この圧力導入孔２ｂのうちの壁面２ｃにて形成される孔は、例えば内径がＬ１とされている。ケース２のうち壁面２ｃよりもセンサチップ３の反対側では圧力導入孔２ｂが拡径された段付き部が形成され、この拡径された部分を通じて測定対象となる圧力媒体が導入されるようになっている。なお、本実施形態では、ケース２の壁面２ｃにより圧力伝達通路の一部を構成することで、パイプ状部材を配置していない構造としており、パイプ状部材が段付き部の一面２ｇ、つまりケース２における搭載面２ａと反対側の一面２ｇから突き出していない構造とされている。このため、温度変化時にゲル部材６が圧力伝達通路内に回り込み易い形状となっている。

ケース２の搭載面２ａには、ボンディングワイヤ８を介してセンサチップ３や後述する回路チップ７との電気的接続が行われるターミナル２ｄの一端が露出させられている。ターミナル２ｄは、例えば電源供給用、ＧＮＤ用、出力用があるが、図１では、そのうちの一つのみを示してある。

また、ケース２にはコネクタ部２ｅが形成されており、このコネクタ部２ｅからターミナル２ｄの他端が突き出すように露出されることで、圧力センサ１と外部との電気的な接続が可能となっている。また、ケース２のうち圧力導入孔２ｂと対向する位置には、大気導入孔２ｆが形成され、この大気導入孔２ｆを通じて大気圧が導入される。すなわち、搭載面２ａにセンサチップ３等が搭載されると、空間９は、大気導入孔２ｆを通じて大気が導入される空間９ａと圧力導入孔２ｂを通じて圧力媒体が導入される空間９ｂとに区画される。

センサチップ３は、例えばｎ型シリコンからなる半導体基板３ａにて構成され、その中央部に薄肉のダイアフラム３ｂが形成されていると共に、ダイアフラム３ｂにｐ型のゲージ抵抗３ｃが形成された構造とされている。ダイアフラム３ｂは、半導体基板３ａの裏面にエッチング等により凹部３ｄを形成することにより構成され、この凹部３ｄ内に圧力媒体の圧力が伝達されるようになっている。したがって、センサチップ３の凹部３ｄも圧力伝達経路の一部を構成する。センサチップ３は、裏面側が台座４に接合され、接合部材５により台座４と共にケース２の搭載面２ａに接合されている。このような構造により、圧力導入孔２ｂを通じて、センサチップ３の裏面側からダイアフラム３ｂに対して測定対象となる圧力媒体が導入されると共に、大気導入孔２ｆを通じて、ダイアフラム３ｂの表面側に圧力基準となる大気圧がダイアフラム３ｂに加えられるように構成されている。

台座４は、低融点ガラス等で構成され、一方の端面にセンサチップ３の裏面側が陽極接合などにより接合されている。この台座４は、センサチップ３と同様の形状を為しており、中央部にダイアフラム３ｂに圧力媒体の圧力を伝達するための貫通孔４ａが設けられている。そして、貫通孔４ａは、ケース２に形成された圧力導入孔２ｂと連続的に繋がることで圧力伝達経路の一部を構成する。この貫通孔４ａは、内径がＬ２とされている。

接合部材５は、接着剤等で構成され、台座４のうちセンサチップ３に接合された端面とは反対側の端面とケース２の搭載面２ａとを接合する。

ゲル部材６は、圧力伝達通路内およびその外部に至るまで充填されており、圧力導入孔２ｂ内に導入された圧力媒体がダイアフラム３ｂに接触することを防止する保護材として機能しつつ、ダイアフラム３ｂ側に圧力媒体の圧力を伝える圧力伝達媒体としての機能を果たすものである。具体的には、圧力導入孔２ｂ内や台座４の貫通孔４ａ内およびダイアフラム３ｂの裏面となる凹部３ｄ内に加え、圧力導入孔２ｂにおける圧力伝達通路を構成する孔よりも外側までゲル部材６が備えられている。このようなゲル部材６としては、ジメチルシリコーンゲルなどのシリコーン系のゲル、フロロシリコーンゲルのようにフッ素を少量含んだフッ素系ゲルやフロロカーボンゲルのようにフッ素を多量に含んだフッ素系ゲルなどを用いることができる。特に、圧力センサ１が排圧センサとして適用されるような場合には、圧力媒体が酸性成分を含む排気ガスとなるため、ゲル部材６として耐酸性の高いフッ素系ゲル、好ましくはフッ素を多量に含んだフッ素系ゲルを用いると良い。

回路チップ７は、センサチップ３のゲージ抵抗３ｃから出力される検出信号の信号処理を行うための各種回路が形成されたものであり、図中には示されていないが、別断面において配線を構成するボンディングワイヤ８を介してターミナル２ｄと電気的に接続されている。

このように構成された圧力センサ１において、圧力伝達経路が以下のような関係を満たす構造となっている。

具体的には、本実施形態の圧力センサ１では、ダイアフラム３ｂの裏面からケース２の壁面２ｃにおけるセンサチップ３とは反対側の端部までが圧力導入通路となる。また、圧力伝達通路の長さＴ１はセンサチップ３の凹部３ｄの深さ、台座４の貫通孔４ａの長さ（台座４の厚み）、接合部材５の厚み（≒０）、ケース２の壁面２ｃの長さの和となる。この圧力伝達通路のうち最も内径が小さくなる部分、つまり、ケース２の壁面２ｃにより形成される孔の内径Ｌ１と台座４の貫通孔４ａの内径Ｌ２のいずれか小さい方をＬｍｉｎとすると、圧力伝達通路の長さＴ１とＬｍｉｎの比で示されるアスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）が４以下、好ましくは３以下、より好ましくは２以下となるようにしている。これは、以下の実験結果に基づくものである。

図２は、アスペクト比に対する耐久試験後の圧力センサ１の特性変動量の関係を調べた結果を示したグラフである。なお、ここでは、耐久試験として、圧力センサ１の実際の使用時と同様の加熱および冷却を繰り返す冷熱サイクル試験を行っている。

この図から分かるように、アスペクト比が大きくなるほど、耐久試験後の圧力センサ１の特性変動量が大きく、アスペクト比が４を超えると特性変動量が５ｋＰａを超え、アスペクト比が３を超えると特性変動量が３ｋＰａを超え、さらにアスペクト比が２を超えると特性変動量が２ｋＰａを超える。このため、アスペクト比が４以下、好ましくは３以下、より好ましくは２以下となるようにすることで、圧力センサ１の特性変動量を小さくすることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ダイアフラム３ｂの裏面をゲル部材６にて封止する圧力センサ１において、ゲル部材６の変形によるセンサ特性の変動を抑制することが可能となる。

なお、図１では、内径Ｌ１よりも内径Ｌ２の方が小さい場合を示してあるが、勿論、その逆の関係となることもある。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本実施形態の圧力センサ１の断面図である。以下、本実施形態の圧力センサ１について説明するが、本実施形態の圧力センサ１の基本構造は、第１実施形態と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。

図３に示すように、本実施形態の圧力センサ１には、ケース２のうち圧力伝達通路を構成している壁面２ｃよりもセンサチップ３の反対側において、テーパ面２ｈが形成されている。テーパ面２ｈの壁面２ｃに対する角度は鈍角とされ、温度変化時によりゲル部材６が圧力導入通路内に入り込み易くなるような構造となっている。

このような形状とすれば、上述した図１０に示されるように、より圧力センサ１の特性変動量を小さくすることが可能となる。

なお、本実施形態の場合にも、ダイアフラム３ｂの裏面からケース２の壁面２ｃにおけるセンサチップ３とは反対側の端部（壁面２ｃとテーパ面２ｈとの境界部）までが圧力導入通路となり、圧力伝達通路の長さＴ１と圧力伝達通路のうち最も内径が小さくなる部分の比であるアスペクト比（Ｔ１／（Ｌ１ｏｒＬ２））が４以下、好ましくは３以下、より好ましくは２以下となるようにされる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図４は、本実施形態の圧力センサ１の断面図である。以下、本実施形態の圧力センサ１について説明するが、本実施形態の圧力センサ１の基本構造は、第１実施形態と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。

図４に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、ゲル部材６が圧力導入通路内にのみ充填された構造とされている。このような構造とすれば、ゲル部材６が段付き部よりも外側（センサチップ３とは反対側の拡径された部分）に備えられていないため、ゲル部材６の回り込み易さを考慮に入れる必要も無くなり、かつ、温度変化に伴うゲル部材６の移動が生じても、圧力導入通路内のみに限られるため、ゲル部材６の変形による応力の影響も小さくなる。

したがって、本実施形態も、ダイアフラム３ｂの裏面をゲル部材６にて封止する圧力センサ１において、ゲル部材６の変形によるセンサ特性の変動を抑制することが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態において、圧力導入孔２ｂをさらに段付き形状とし、壁面２ｃの長さが短くなるようにしても構わない。

上記実施形態では、ケース２の壁面２ｃにより圧力伝達経路の一部を構成しており、パイプ状部材を配置していない構造としているが、パイプ状部材を配置した構造としても構わない。

図５（ａ）〜（ｃ）は、パイプ状部材１０を配置した場合のセンサチップ３近傍の拡大断面図である。

図５（ａ）に示すように、パイプ状部材１０を配置した場合、パイプ状部材１０の中空部のうちダイアフラム３ｂの表面と垂直な壁面１０ａにより構成される部分にて圧力導入通路の一部が構成されることになるため、圧力導入通路のアスペクト比が上記関係となるようにしていれば良い。このとき、パイプ状部材が一面２ｇから突き出していないようにすれば、温度変化時にゲル部材６が圧力伝達通路内に回り込み易くすることができるため、好ましい。

また、図５（ｂ）に示すように、パイプ状部材１０の壁面１０ａよりもセンサチップ３とは反対側においてテーパ面１０ｂを構成すれば、よりゲル部材６が回り込み易くなるようにできる。

さらに、図５（ｃ）に示すように、パイプ状部材１０内を含めた圧力導入通路内のみにゲル部材６が配置されるような構造であっても構わない。

本発明の第１実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。 アスペクト比に対する耐久試験後の圧力センサの特性変動量の関係を調べた結果を示したグラフである。 本発明の第２実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。 本発明の第２実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態に示すパイプ状部材を配置した場合のセンサチップ近傍の拡大断面図である。 ゲル部材の変形応力によるセンサ特性の変化の推定メカニズムを説明するための圧力センサの部分断面拡大図である。 （ａ）は、圧力伝達経路のアスペクト比を変えたときの高温放置時間とセンサの特性変動量の関係を示したグラフであり、（ｂ）は、アスペクト比を説明するための圧力の部分拡大断面図である。 圧力伝達経路のアスペクト比を変えたときの高温放置時間とセンサの特性変動量の関係を調べた結果を示したグラフである。 パイプ状部材がケースの一面から突き出している場合の圧力センサの部分断面図である。 圧力伝達通路を含めたパイプ状部材内での流動損失を求めることで特性変動量を求めた結果を示すグラフである。

符号の説明

１…圧力センサ、２…ケース、２ａ…搭載面、２ｂ…圧力導入孔、２ｃ…壁面、２ｄ…ターミナル、２ｅ…コネクタ部、２ｆ…大気導入孔、２ｇ…一面、２ｈ…テーパ面、３…センサチップ、３ａ…半導体基板、３ｂ…ダイアフラム、３ｃ…ゲージ抵抗、３ｄ…凹部、４…台座、４ａ…貫通孔、５…接合部材、６…ゲル部材、７…回路チップ、８…ボンディングワイヤ、９…空間、９ａ…空間、９ｂ…空間、１０…パイプ状部材、１０ａ…壁面、１０ｂ…テーパ面。

Claims (6)

1. 半導体基板（３ａ）の裏面に凹部（３ｄ）が形成されることで薄肉のダイアフラム（３ｂ）が構成され、該ダイアフラム（３ｂ）にゲージ抵抗（３ｃ）が形成されてなるセンサチップ（３）と、
   前記センサチップ（３）の裏面に接合され前記凹部（３ｄ）から前記ダイアフラム（３ｂ）へ通じる貫通穴（４ａ）を有する台座（４）と、
   前記台座（４）と共に前記センサチップ（３）を搭載する搭載面（２ａ）を有し、前記ダイアフラム（３ｂ）の裏面を受圧面として該受圧面に測定対象となる圧力媒体の圧力を伝達する圧力導入孔（２ｂ）が形成されると共に、前記ダイアフラム（３ｂ）の表面側に大気を導くように構成されたケース（２）と、
   前記ケース（２）における前記圧力導入孔（２ｂ）の一部と前記貫通孔（４ａ）と前記凹部（３ｄ）を圧力伝達通路として、該圧力伝達通路内に充填されたゲル部材（６）と、
   前記ケース（２）の外部との電気的な接続を行うためのターミナル（２ｄ）と、
   前記ゲージ抵抗（３ｃ）と前記ターミナル（２ｃ）との電気的接続を行うための配線（８）とを備え、
   前記ゲル部材（６）を通じて前記受圧面に伝達された前記圧力媒体の圧力に基づき前記ダイアフラム（３ｂ）が歪むと、該歪みに応じて前記ゲージ抵抗（３ｃ）の抵抗値が変化し、該変化に応じた検出信号が前記配線（８）および前記ターミナル（２ｄ）を通じて出力されるように構成された圧力センサであって、
   前記圧力導入孔（２ｂ）のうち前記圧力伝達通路を構成する部分は、前記ダイアフラム（３ｂ）の表面に対して垂直な壁面（２ｃ）であり、
   前記ダイアフラム（３ｂ）の裏面から前記ケース（２）の前記壁面（２ｃ）における前記センサチップ（３）とは反対側の端部までの長さを前記圧力伝達通路の長さＴ１とし、該圧力伝達通路の幅のうち最も小さくなる幅をＬｍｉｎとすると、前記圧力伝達通路の長さＴ１と幅Ｌｍｉｎの比で示されるアスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）が４以下とされていることを特徴とする圧力センサ。
2. 半導体基板（３ａ）の裏面に凹部（３ｄ）が形成されることで薄肉のダイアフラム（３ｂ）が構成され、該ダイアフラム（３ｂ）にゲージ抵抗（３ｃ）が形成されてなるセンサチップ（３）と、
   前記センサチップ（３）の裏面に接合され前記凹部（３ｄ）から前記ダイアフラム（３ｂ）へ通じる貫通穴（４ａ）を有する台座（４）と、
   前記台座（４）と共に前記センサチップ（３）を搭載する搭載面（２ａ）を有し、前記ダイアフラム（３ｂ）の裏面を受圧面として該受圧面に測定対象となる圧力媒体の圧力を伝達する圧力導入孔（２ｂ）が形成されると共に、該圧力導入孔（２ｂ）のうち前記貫通孔（４ａ）と繋がり、かつ、前記ダイアフラム（３ｂ）の表面に対して垂直な壁面（１０ａ）が備えられる中空形状のパイプ状部材（１０）を有し、前記ダイアフラム（３ｂ）の表面側に大気を導くように構成されたケース（２）と、
   前記パイプ状部材（１０）の前記壁面（１０ａ）により構成される中空部と前記貫通孔（４ａ）と前記凹部（３ｄ）を圧力伝達通路として、該圧力伝達通路内に充填されたゲル部材（６）と、
   前記ケース（２）の外部との電気的な接続を行うためのターミナル（２ｄ）と、
   前記ゲージ抵抗（３ｃ）と前記ターミナル（２ｃ）との電気的接続を行うための配線（８）とを備え、
   前記ゲル部材（６）を通じて前記受圧面に伝達された前記圧力媒体の圧力に基づき前記ダイアフラム（３ｂ）が歪むと、該歪みに応じて前記ゲージ抵抗（３ｃ）の抵抗値が変化し、該変化に応じた検出信号が前記配線（８）および前記ターミナル（２ｄ）を通じて出力されるように構成された圧力センサであって、
   前記ダイアフラム（３ｂ）の裏面から前記パイプ状部材（１０）の前記壁面（１０ａ）における前記センサチップ（３）とは反対側の端部までの長さを前記圧力伝達通路の長さＴ１とし、該圧力伝達通路の幅のうち最も小さくなる幅をＬｍｉｎとすると、前記圧力伝達通路の長さＴ１と幅Ｌｍｉｎの比で示されるアスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）が４以下とされていることを特徴とする圧力センサ。
3. 前記アスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）が３以下とされていることを特徴とする圧力センサ。
4. 前記アスペクト比（Ｔ１／Ｌｍｉｎ）が２以下とされていることを特徴とする圧力センサ。
5. 前記壁面（３ａ、１０ａ）よりも前記センサチップ（３）とは反対側において、前記圧力導入孔（２ｂ）が徐々に拡大されたテーパ面（２ｈ、１０ｂ）と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。
6. 前記ゲル部材（６）は、前記圧力伝達通路内にのみ備えら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。

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