JP2009503445A - 二重測定スケールおよび高フルスケール値を有する集積化圧力センサ - Google Patents

Abstract

二重測定スケールを有する圧力センサ（１５）において、半導体材料のモノリシック体（１６）は、第１主表面（１６ａ）、バルク領域（１７）、および圧力（Ｐ）が作用する感知部分（３３）を有し、キャビティ（１８）を、モノリシック体（１６）に形成し、かつ可撓性を有して圧力（Ｐ）に応じて変形可能な薄膜（１９）によって第１主表面（１６ａ）から分離し、また感知部分（３３）の内側に配置し、バルク領域（１７）によって包囲し、圧力（Ｐ）の第１の値を感知可能な圧電抵抗型の低圧検出素子（２８）を、薄膜（１９）に集積化し、この低圧検出素子（２８）は薄膜（１９）の変形の関数として可変抵抗を有するものとする。さらに、同様に圧電抵抗型の高圧検出素子（２９）を、感知部分（３３）の内側のバルク領域（１７）に形成し、この高圧検出素子（２９）は圧力（Ｐ）の関数として可変抵抗を有する。高圧検出素子（２９）は圧力（Ｐ）の第２の値を感知可能とする。

Description

本発明は、二重測定スケールおよび高フルスケール値を有する集積化圧力センサに関する。とくに、以下の説明では、ＢＢＷ（ブレーキ・バイ・ワイヤ［Brake-By-Wire］）電気機械式ブレーキシステムでのこの圧力センサの使用について言及するが、この言及は上位概念を排除するものではない。

既知のように、車両用の従来のディスクブレーキシステムは、車両の各車輪に固定したディスクと、このディスクに関連するキャリパと、および油圧制御ユニットとを備える。摩擦材料の（一般的には２個の）パッド、および油圧制御回路に連結した１個または複数個のピストンをキャリパ内に収納している。使用者によるブレーキペダル操作に続いて、油圧制御回路のポンプが回路自体の中に収容した流体を加圧する。したがって、シール素子を備えたピストンが、それぞれの着座部を離れてパッドをディスクの表面に押し付け、それによって車輪に制動作用を加える。

近年、いわゆる「ドライブ・バイ・ワイヤ（Drive-by-Wire）」システムが提唱され、これらシステムは、たとえば操舵システム、クラッチおよびブレーキシステムなどの車両の主要な機能の電子制御を行うものである。とくに、電子制御ブレーキシステムが提唱され、この電子制御ブレーキシステムは、油圧キャリパに代わって電子機械式のアクチュエータを用いることを想定している。詳細には、適切なセンサがブレーキペダルの動作を検出し、対応する電気信号を生成し、次いでその信号を電子制御ユニットが受信し、解読る。次いで電子制御ユニットは、（たとえば電動モータによって駆動されるピストンなどの）電気機械式のアクチュエータの動作を制御し、それによってパッドを介して対応するブレーキディスクに制動作用を加える。電子制御ユニットは、電気機械式のアクチュエータによって加わる制動作用に係わるブレーキシステムに関連するセンサからの情報も受け取り、閉ループフィードバック制御（たとえば、比例−積分−微分制御装置［ＰＩＤ］により）を行う。とくに、電子制御ユニットは、各ブレーキディスクのそれぞれのアクチュエータによって加わる圧力に関する情報を受け取る。

この圧力を測定するのに高いフルスケール値を有する圧力センサが必要とされる。実際には、パッドがディスクに押し付けられる力は、０から１５０００÷３５０００Ｎの最大値になる可能性がある。パッドに作用するピストンは、約２ｃｍ^２の断面を有し、したがって圧力センサは、約１７００Ｋｇ／ｃｍ^２以上（たとえば２０００Ｋｇ／ｃｍ^２）のフルスケール値まで作動することが可能でなければならない。さらに、二重の測定スケール、すなわち第１精度を有する低圧も、および第１精度よりも低い第２精度を有する高圧も測定する測定スケールを備える圧力測定を行う必要が感じられる。

現在、ひずみゲージ素子を固定する鋼製のコアで作製され、高い圧力値を測定することが可能なセンサが知られている。圧力の効果の下で、鋼製のコアはフックの法則に従って変形する。すなわち、
ΔＬ＝Ｅ・σ
ただし、ΔＬはコアの線形寸法の幾何学的な変化を示し、Ｅはコアを構成する材料のヤング係数であり、σは変形寸法に平行な方向にコアに作用する圧力である。このひずみゲージ素子は、電気抵抗の変化によってその素子が関連するコアの幾何学的変形を検出する。しかし、信頼性、寸法、およびコスト上の理由から、これらのセンサは生産フェーズでなく、これまでに述べたタイプのブレーキシステムの評価および改善の目的のみに適用可能であり利用可能である。さらに、それらは精度が高くなく、単一の測定スケールを装備している。

半導体技術を用いて作製された集積化圧力センサも知られている。一般にこれらのセンサは、シリコン体に形成したキャビティの上方に懸架された薄膜を備える。ホイートストンブリッジを形成するために互いに接続した圧電抵抗素子を、薄膜内に拡散する。圧力を受けると、薄膜が変形し、圧電抵抗素子の抵抗を変化させ、それによってホイートストンブリッジの平衡が不均衡になる。しかし、これらのセンサは、フルスケール値が、前述したブレーキシステムで生成される圧力値よりもかなり低い（特に約１０ｋｇ／ｃｍ^２など）ので、高い圧力の測定には使用できない。

したがって、本発明の目的は、上述の欠点および問題を克服できるようにする圧力センサ、特に、高い圧力も低い圧力値も測定するために、二重の測定スケールおよび高いフルスケール値を有する圧力センサを得ることである。

したがって本発明によれば、請求項１に記載されるような二重の測定スケールを有する圧力センサを提供する。

本発明をよりよく理解するために、以下に、単に限定的でない例によって、添付の図面を参照してその好ましい実施形態を説明する。

図１は、電気機械タイプのブレーキシステム１（いわゆる「ブレーキ・バイ・ワイヤ」と称される）のブロック図を示し、このブレーキシステム１は、ブレーキペダル２と、ブレーキペダル２の移動距離Ｃおよび作動速度ｖを検出するのに適する第１センサ３と、この第１センサ３に接続した電子制御ユニット４と、この電子制御ユニット４に接続し、電動モータ６およびウォームねじタイプの連結素子（図示されない）によって電動モータ６に連結したピストン７により構成した電気機械式のアクチュエータ５と、この電気機械式のアクチュエータ５に連結し、（図示しない、それ自体は知られた手法で）車両の車輪に固定したブレーキディスク８と、および電気機械式のアクチュエータ５によってブレーキディスク８に発生する制動作用に関する情報を収集するのに適し、電気機械式の制御ユニット４にフィードバック接続した第２センサ９と、を備える。

使用に際しては、第１センサ３は、ブレーキペダル２の移動距離Ｃおよび作動速度ｖに関するデータを電子制御ユニット４に送り、電子制御ユニット４は、このデータに基づいて電気機械式のアクチュエータ５に対する（とくに電動モータ６に対する）制御信号（電圧Ｖまたは電流Ｉの信号）を生成する。この制御データにより、電動モータ６は駆動トルクを生成し、それはウォームねじタイプの連結素子によってピストン７の直線移動に変換する。したがって、ピストン７は、（図示しない摩擦材料のパッドを介して）ブレーキディスク８に圧着し、それによってその回転を遅くする。第２センサ９は、ピストン７がブレーキディスク８に加える圧力Ｐの値、およびブレーキディスク８に対するピストン７の位置ｘを検出し、電子制御ユニット４にこのデータをフィードバック送信する。このようにして、電子制御ユニット４は、制動作用に閉ループ制御（たとえば、ＰＩＤ制御）を行う。

本発明の一態様によれば、第２センサ９は、集積化した圧力センサ１５（図２）により構成し、この圧力センサ１５は半導体技術を使用して作製し、ピストン７がブレーキディスク８に加える圧力Ｐを測定するように構成する。図示しないが、圧力センサ１５は、電気機械式のアクチュエータ５のケーシングに収納し、ピストン７が発生する圧力Ｐを感知するように構成する。

詳細には、図２（後続の図のように縮尺通りでない）に示すように、圧力センサ１５は、半導体材料、好適には、結晶面の配向性（１００）を有するＮ型単結晶シリコンのモノリシック体１６を有する。モノリシック体１６は、たとえば側辺Ｉが１５ｍｍに等しい方形断面、測定すべき圧力Ｐが作用する第１主表面１６ａ、第１主表面１６ａに対向しかつ平行であり、たとえば３７５μｍに等しいほぼ均一な距離ｗだけ第１主表面１６ａから離れる第２主表面１６ｂを有する。

モノリシック体１６はバルク領域１７およびキャビティ１８を有し、このキャビティ１８をモノリシック体１６内に埋設する。キャビティ１８は、たとえば３００μｍに等しい側面を有する正方断面、およびおよそ１μｍの厚さ（とくに、キャビティ１８の寸法はモノリシック体１６の寸法と比べて極めて小さい）を有する。キャビティ１８は第１主表面１６ａから薄膜１９によって分離され、この薄膜１９は、たとえば０．５μｍに等しい厚さを有し、またバルク領域１７によって包囲される。薄膜１９は、可撓性であり外部応力によって曲折することができ、とくに以下に詳細に説明するように、薄膜１９はモノリシック体１６に作用する圧力Ｐの関数として変形する。さらに、膜１９の厚さをキャビティ１８の深さよりも小さくして、破壊が起こり得る薄膜１９の制限ポイントに対応するせん断応力を回避する。

たとえば、キャビティ１８は、２００４年３月１９日に本願人名義で出願した欧州特許出願第０４ ４２５ １９７．３号に記載した製造プロセスによって形成できる。

端的に言えば、図３のこの製造プロセスは、初期的に、第１主表面１６ａにレジスト層を堆積することを想定し、次いでこの表面１６ａを区画してマスク２２を形成する。マスク２２は、ほぼ正方形の領域を有し、（図３の拡大詳細部に示すように）ハニカムグリッドを画定する多数の６角形のマスク部分２２ａを備える。たとえば、マスク部分２２ａの互いに対向する側面間の距離ｔは２μｍに等しく、隣接するマスク部分２２ａの対向する側面間における距離ｄは１μｍに等しいものとする。

次いで図４では、モノリシック体１６の異方性エッチングを、マスク２２を使用して行い、それによって、たとえば１０μｍの深さを有するトレンチ２３を形成し、これらトレンチ２３は相互連通し、多数のシリコンコラム２４を画定する。実際には、トレンチ２３はコラム２４が林立する複雑な形状を有する開放領域２５を形成する。

その後、マスク２２を除去し、エピタキシャルの成長を脱酸素環境で行う。その結果、コラム２４の頂部でエピタキシャル層が成長し、開放領域２５の頂部を閉鎖する。次いで熱焼鈍のステップを行い、それによってより低エネルギー位置に移動する傾向があるケイ素原子の移動を生ずる。したがって、またコラム２４間の密接な距離により、ケイ素原子は、開放領域２５の内側におけるコラム２４の部分から完全に移動し、それによってモノリシック体１６内に埋設されたキャビティ１８（図２）を形成する。ケイ素の薄層は、キャビティ１８の頂部に残り、一部にはエピタキシャル成長したケイ素原子によって、また一部には移動したケイ素原子によって形成され、この薄層が薄膜１９を形成する。

まず、Ｐ型にドープした領域によって構成される圧電抵抗型の第１検出素子２８を、薄膜１９内に設ける。圧電抵抗型の第１検出素子２８は、適切な拡散マスクを透過するドーパント原子の拡散により形成し、たとえばほぼ矩形断面を有し、さらにこれら第１検出素子２８をホイートストンブリッジ回路に接続する。以下に述べられるように、圧電抵抗型の第１検出素子２８の抵抗は、薄膜１９の変形の関数として変化する。

バルク領域１７の表面部分において、薄膜１９に対して分離しかつ別個の位置で圧電抵抗型の第２検出素子２９を設け、これら第２検出素子２９は、やはり、拡散により形成したＰ型ドープ領域によって構成する。圧電抵抗型の第２検出素子２９は、薄膜１９から５０μｍ以上間隔をとって設け、薄膜１９に作用する応力が加わらないようにする。とくに、圧電抵抗型の第２検出素子２９は、距離ｗとほぼ等しい厚さを有する、バルク領域１７の密実部分内に集積化する。

一酸化ケイ素の集中領域３０を、薄膜１９に隣接させてモノリシック体１６の第１表面１６ａの頂部に配置し、圧力Ｐを薄膜１９に集中させて薄膜１９を強制的に変形させるようにする。さらに、保護層３１（たとえば同様に一酸化ケイ素の層）により、第１主表面１６ａおよび集中領域３０をカバーし、弾性材料、たとえばポリアミドで形成した第１および第２のクッション層３２ａおよび３２ｂを、保護層３１の頂部およびモノリシック体１６の第２主表面１６ｂの下側に配置する。

圧力センサ１５の動作は、いわゆる圧電抵抗効果に基づき、これによって圧電抵抗素子に加わる応力が抵抗を変える。半導体材料、例えば、ケイ素の場合、加わる応力ならびに圧電抵抗素子の寸法変化を生じることにより、結晶格子の変形を生じ、したがって大多数の電荷担体（キャリヤ）の可動性を変化させ、また抵抗の変化を生じる。たとえば、ケイ素では、結晶格子の１％の変形は、大多数の電荷担体の可動性が約３０％変化することに相当する。特に、抵抗の変化は、圧電抵抗素子が存在する平面に平行な方向に作用する応力（いわゆる長手方向応力）、および垂直方向に作用する応力（いわゆる横方向応力）の双方によって、生ずるものである。原則的に、圧電抵抗素子の抵抗変化は以下の関係式によって表すことができる。

ただし、Ｒは圧電抵抗素子の抵抗であり、ΔＲはこの抵抗の変化であり、π_４４は半導体材料の圧電抵抗係数であり、たとえばＰ型単結晶ケイ素に関する１３８．１×１０^−１１Ｐａ^−１ に等しく、σ_lおよびσ_t はそれぞれ、圧電抵抗要素に作用する長手方向応力および横方向応力である。

図２における圧力センサ１５につき説明すると、モノリシック体１６は、測定すべき圧力Ｐが第１主表面１６ａに直交する方向に応力を生ずるよう構成する。

とくに、圧力Ｐは薄膜１９の変形を生じ、この薄膜１９は集中領域３０によって強制的に変形させられる。この変形は、圧電抵抗型の第１検出素子２８の長手方向および横方向の機械的応力を誘発し、この結果、抵抗値が変わる。圧電抵抗型の第１検出素子２８は、一般に、ホイートストンブリッジ回路の感度を上昇させるように、圧縮応力がこれら第１検出素子２８の一部分で生じ、残りの部分で引張応力が生じるように配列する。したがって、圧電抵抗型の第１検出素子２８の抵抗変化によって、ホイートストンブリッジ回路の非平衡状態を生じ、この非平衡状態を適切な読み取り回路によって検出する。

さらに、圧力Ｐは、実質的に圧電抵抗型の第２検出素子２９のそれぞれに横方向圧縮応力σ_t（負の値の）を生じさせ、圧電抵抗型の第２検出素子２９に作用する長手方向応力σ_lは、（撓みまたは湾曲現象がモノリシック体１６に生じないことを前提として）実質的にゼロである。とくに、第１クッション層３２ａは、モノリシック体１６の第１主表面１６ａに圧縮応力を均一に分布させ、結晶格子の軸に沿って割れを生じるおそれのある局所的な集中を回避する。したがって、圧電抵抗型の第２検出素子２９の抵抗変化は次の関係によって表される。

この式から、圧力Ｐは圧電抵抗型の各第２検出素子２９の抵抗Ｒを上昇させ、それは適切な読み取り回路によって測定できることになる。

詳細には、本発明の１つの態様は、低い値の圧力Ｐに関して、圧電抵抗型の第２検出素子２９の変形は実際的に無視でき、逆に薄膜１９は強制変形させられ、それによって圧電抵抗型の第１検出素子２８の対応する変形を生じ、それは加わる圧力Ｐの測定値をもたらすための読み取り回路によって検出されるという観測に基づいている。圧力Ｐが上昇すると、薄膜１９が下方にあるキャビティ１８の底部と接触するまで薄膜１９の変形も増大し、（これ以上の変形は不可能なので）出力で供給される圧力値は飽和状態となる。とくに、この飽和は約１０÷１５Ｋｇ／ｃｍ^２の圧力Ｐの値で生じる。このポイントでは、圧力Ｐのさらなる上昇は、第１主表面１６ａ全体に影響を与え、圧電抵抗型の第２検出素子２９の大幅な抵抗変化を生じ始め、そこから圧力Ｐの値を導き出す。

したがって、圧電抵抗型の第１検出素子２８および第２検出要素２９によって得られる圧力測定は、独立かつ相補的であり、圧力Ｐの異なる値で行われる。したがって圧力センサ１５は、低い値の圧力Ｐに関して有効であり、（共に低圧感知素子を形成する薄膜１９および圧電抵抗型の第１検出素子２８によって決定される）約１０÷１５Ｋｇ／ｃｍ^２のフルスケール値を有する第１測定スケール、および高い値の圧力Ｐに関して有効であり、（共に高圧感知素子を形成する圧電抵抗型の第２検出素子２９によって決定される）約２０００Ｋｇ／ｃｍ^２のフルスケール値を有する第２測定スケールを有する。第１測定スケールは、薄膜１９が圧力Ｐの最小の変化さえも感知することを考慮すると、第２測定スケールよりも精度が高い。

圧力センサ１５は、高い圧力にかなりの耐性がある。実際、既知のように、単結晶シリコンは、結晶配向に従って１１２００Ｋｇ／ｃｍ^２〜３５０００Ｋｇ／ｃｍ^２の範囲にわたる値を有する圧縮応力に対して高い耐破壊性を示し、それによってブレーキシステム内に生ずる（約１７００Ｋｇ／ｃｍ^２の）最大圧力値に完全に耐えることができる。同様にして、保護層３１およびクッション層３２ａ，３２ｂは、このオーダーの応力値に耐えることができる。さらに、垂直方向の薄膜１９の撓みはキャビティ１８の深さが少ないために制限され、このようにして高い圧力値での薄膜１９の破壊を回避する。

本発明の他の態様（図５参照）によれば、圧力Ｐをモノリシック体１６の一部分に指向させる。とくに、モノリシック体１６は、（図５に点線長方形で線図的に示す）本体に対して中央位置に配置した圧力感知部分３３を有し、この圧力感知部分上に測定すべき圧力Ｐを加える。その代わりに、圧力感知部分３３の外側に作用する圧力はほぼゼロである。

圧電抵抗型の第１検出素子２８および第２検出素子２９を圧力感知部分３３の内側に形成するとともに、圧電抵抗型の基準素子３４、とくに拡散Ｐ型抵抗器を、圧力感知部分３３から個別かつ分離してバルク領域１７の部分に形成する。したがって、圧電抵抗型の基準素子３４は圧力Ｐの関数としての抵抗変化を示さない。それにもかかわらず、圧電抵抗型の基準素子３４は、検出素子が受けるのと同一環境パラメータ（たとえば温度）を感知可能とする。

詳細には、図５は、Ｒ_ａ 〜Ｒ_ｄ で示す４個の圧電抵抗型の第１検出素子２８、Ｒ_１ およびＲ_２ で示す２個の圧電抵抗型の第２検出素子２９、およびＲ_３ およびＲ_４ で示す２個の圧電抵抗型の基準素子３４を示す。

圧電抵抗型の第１検出素子２８のうち２個、Ｒ_ａ およびＲ_ｂ は、主に引張応力を感知するように薄膜１９の両側の周辺部分に配置し、残りの圧電抵抗型の第１検出素子２８、Ｒ_ｃ およびＲ_ｄ は、主に圧縮応力を感知するように薄膜１９の内側部分に配置する。圧電抵抗型の第１検出素子２８は、回路の感度を上昇させるために、ブリッジの両側に配置した同一方向に可変の抵抗器を備える、第１ホイートストンブリッジ回路３６（図６参照）を形成するように接続する。第１ホイートストンブリッジ回路３６には、第１供給電圧Ｖ_ｉｎ1を供給し、また第１ホイートストンブリッジ回路３６は第１出力電圧Ｖ_ｏｕｔ１を出力する。

圧電抵抗型の基準素子３４は、圧電抵抗型の第２検出要素２９に接続し、第２ホイートストンブリッジ回路３７を形成し、その感度を上昇させるために可変圧力抵抗Ｒ₁およびＲ_２をブリッジの両側に配置する。第２ホイートストンブリッジ回路３７には第２供給電圧Ｖ_ｉｎ２を供給し、また第２ホイートストンブリッジ回路３７は第２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔ２を出力する。第２ホイートストンブリッジ回路３７の特別な内部構成は、有利なことに、差分測定を取ることができ、この差分測定によれば、環境パラメータによる抵抗変化が打ち消され、第２出力電圧Ｖ_ｏｕｔ２およびしたがって圧力Ｐの測定値はこれらのパラメータに対して不感となる。

とくに、圧電抵抗型の第１検出素子２８および第２検出素子２９は、互いに電気的に接続せず、（上述したように、圧力センサ１５の２個の測定スケールを得るように）２個の個別かつ独立した電子読み取り回路のうちの一部分とする。とくに、低い値の圧力Ｐに関しては、第２出力電圧Ｖ_ｏｕｔ２がほぼゼロであるとともに、圧力Ｐを測定するために第１出力電圧Ｖ_ｏｕｔ１を（既知のタイプであり、少なくとも１個の計器用増幅器を有する）適切な電子測定回路が使用する。逆に、高い値の圧力Ｐに関しては、第１出力電圧Ｖ_ｏｕｔ１が飽和し、電子測定回路が第２出力電圧Ｖ_ｏｕｔ２から圧力Ｐを測定する。

圧力センサ１５のあり得る実施形態を図７に線図的に示す。

詳細には、圧電抵抗型の第１検出素子２８を圧力感知部分３３の中央領域３３ａに形成し、互いに接続した第１ホイートストンブリッジ回路３６を形成する（図６参照）。さらに、４個の圧電抵抗型の第２検出素子２９を圧力感知部分３３の内側に形成し、第１および第２の抵抗（ここでも同様に、Ｒ_１およびＲ_２で示す）を形成するように直列に２個ずつ接続する。Ｐ^＋ 型の拡散領域によって構成した第１相互接続部４０は、圧力感知部分３３の内側に電気接続をもたらし、同様にＰ^＋ 型拡散領域によって構成した第２相互接続部４１は、圧力感知部分３３の外側に接続をもたらし、その場合、第２相互接続部４１に接触するために電気接点４２を設ける。

４個の圧電抵抗型の基準素子３４を圧力感知部分３３の外側に形成し、圧電抵抗型の第２検出素子２９に対して鏡対称の構成、すなわち第３および第４の抵抗器（ここでも同様に、Ｒ_３およびＲ_４によって示す）を形成するように、同様に２個ずつ直列接続することにより構成する。第１および第２の抵抗器Ｒ_１ およびＲ_２ と共にホイートストンブリッジ回路３７（図６参照）を形成するために、第３および第４の抵抗器Ｒ_３ およびＲ_４ の端子を、電気接点４２に第１金属ライン（たとえば、アルミニウム製のライン）４４を介して接続する。第２金属ライン（やはりアルミニウム製のライン）４５により、モノリシック体１６の第１主表面１６ａに設けた対応のパッド４８に、各電気接点４２を接続する。図７では、分かり易くするために、例として第１および第２の金属ライン４４および４５のうち１個のみを示す。パッド４８と電子測定回路との間に接続を行うことができ、この電子測定回路は既知の手法であるワイヤボンディング技術により、圧力センサ１５のための読み取り電子回路を集積化する。この電子回路は、たとえばシールドケーブルを介して圧力センサ１５に接続した制御ユニットの内側で、ブレーキシステムの環境に対してより保護された環境に配置できる。

上述の圧力センサはいくつかの利点がある。

第１に、それは高いフルスケール値を有し、圧力が、低圧測定用のより精度の高い第１のスケールと高い圧力値を測定するためのより精度の低いスケールの二重測定スケールによって測定できるようにする。とくに、上述の圧力センサは、従来の圧力センサに対してコストおよび製造の複雑さが低減した半導体材料の同じモノリシック体の高いおよび低い圧力感知要素を集積化する。

圧力センサは１個または複数個の検出素子と、１個または複数個の圧電抵抗型の基準素子との間の差分測定を行い、したがって環境パラメータまたは製造公差の変化に不感となる。

さらに、圧力感知領域３３の内側における圧電抵抗検出素子間のＰ^＋ 型拡散の相互接続が有利である。実際には、高い値の圧力Ｐを仮定すると、（たとえばアルミニウム金属化などの）通常の接続技術を使用することは不可能である。その代わりにこれらの技術は、検出素子と基準素子との間の接続、およびパッドへの接続を形成するために圧力感知領域３３の外側に使用できる。

最後に、本発明の範囲から逸脱することなく本明細書に述べられ例示されたものに変更および変形を添付の特許請求の範囲に定義されるように行うことができることが明らかである。

特に、モノリシック体１６の形状および寸法は、上述および例示されたものとは異なることができ、特にモノリシック体１６の断面は正方形の代わりに長方形または円形にすることができることが明らかである。キャビティ１８でさえ、たとえば全体的に多角形断面などの、図示されたものとは異なる形状にすることができる。

さらに、圧電抵抗型の第１検出素子２８および第２検出素子２９、ならびに圧電抵抗型の基準素子３４の数および配置を異ならせることができる。

検出素子および圧電抵抗型の基準素子は、拡散の代わりにイオン注入技術を使用して形成できる

電子測定回路５０は、圧力感知部分３３から分離したバルク領域１７の領域でモノリシック体１６（図８参照）の内側に集積化して、単一のダイに集積化した圧力測定デバイス５１を形成することができる。とくに、図８では、（図示しない手法で）圧力センサ１５に接続した電子測定回路５０を単一のバイポーラトランジスタ５２により構成する。図示しない手法により、電気絶縁領域を電子測定回路５０の電気的な絶縁のために設けることができる。

さらに、低圧感知素子を、上述のものと異なるタイプの高圧感知素子と関連させることができ、測定すべき高い値の圧力Ｐを感知可能に構成できる。この場合も同様に、低い値の圧力Ｐの測定に関して低圧感知素子（薄膜および関連する圧電感知素子）を使用し、低圧感知素子の飽和閾値よりも大きい圧力Ｐの測定値に関する高圧感知素子を使用することに、本発明による全体的なアイデアを適用できる（したがって２つの感知素子は独立かつ相補的な測定値をもたらす）。

モノリシック体１６は、いくつかの圧力感知領域を有することができ、これら圧力感知領域のそれぞれが高圧感知素子および低圧感知素子を備え、異なる圧力を測定するものとすることができる。

最後に、圧力センサ１５は、二重測定スケールによって高い圧力値を測定することが必要な他の用途に有利となるように使用できることが明らかである。

電気機械式のブレーキバイワイヤブレーキシステムのブロック図である。 本発明の第１実施形態に従って作製した圧力センサの断面図である。 図２の圧力センサに関する製造プロセスにおける最初のステップの図である。 図２の圧力センサに関する製造プロセスにおける最初のステップの図である。 本発明の第２実施形態における圧力センサの断面図である。 図５の圧力センサの等価回路図である。 第２の実施形態に従って作製した圧力センサの線図的頂面図である。 本発明の一態様による圧力測定デバイスを示す説明図である。

Claims (19)

1. 第１主表面（１６ａ）、バルク領域（１７）、および圧力（Ｐ）が作用する感知部分（３３）を有する半導体材料のモノリシック体（１６）と、
   前記モノリシック体（１６）に形成し、また可撓性があり、前記圧力（Ｐ）の関数として変形可能な薄膜（１９）によって前記第１の主表面（１６ａ）から分離したキャビティ（１８）であって、前記薄膜（１９）を前記感知部分（３３）の内側に配置し、前記バルク領域（１７）によって囲した該キャビティ（１８）と、
   前記圧力（Ｐ）の第１範囲の値を感知可能な、前記薄膜（１９）に集積化し、前記薄膜（１９）の変形の関数として可変抵抗を有する、圧電抵抗型の第１低圧検出素子（２８）と、
   を備えた二重の測定スケールを備える圧力センサ（１５）において、
   前記薄膜（１９）の外部に配置し、前記第１範囲の値よりも高い前記圧力（Ｐ）の第２範囲の値を感知可能な高圧感知素子（２９）をさらに備えた
   ことを特徴とする、二重の測定スケールを備える圧力センサ。
2. 前記高圧感知素子は、前記感知部分（３３）の内側の前記バルク領域（１７）に形成し、前記圧力（Ｐ）の関数として可変抵抗を有する圧電抵抗型の第１高圧感知素子（２９）を備える、請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記モノリシック体（１６）は、前記第１主表面（１６ａ）に対向し、距離（ｗ）だけ前記第１主表面（１６ａ）から離れる第２主表面（１６ｂ）をも有し、前記第１高圧感知素子（２９）を、密実であり前記距離（ｗ）にほぼ等しい厚さを有する前記バルク領域（１７）の第１部分に形成した、請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記距離（ｗ）をほぼ一定とした、請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記キャビティ（１８）を、前記モノリシック体（１６）内に内在かつ完全に隔離した、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ。
6. 前記第１低圧検出素子（２８）および前記高圧感知素子（２９）は、互いに電気接続しない、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ。
7. 前記バルク領域（１７）は、第１タイプの導電性を示すものとし、前記第１低圧検出素子（２８）および前記第１高圧感知素子（２９）は、前記１タイプの導電性とは逆の第２タイプの導電性を有するものとし、前記モノリシック体（１６）内へのドーパントの導入によって形成されるそれぞれのドープ領域を備える、請求項２〜６のいずれか一項に記載の圧力センサ。
8. さらに、前記薄膜（１９）内に集積化した圧電抵抗型の他の低圧検出素子（２８）を備え、また前記高圧感知素子も、前記バルク領域（１７）内および前記感知部分（３３）の内側に集積化した圧電抵抗型の他の高圧検出素子（２９）を備え、前記第１低圧検出素子（２８）および前記他の低圧検出素子（２８）は第１ブリッジ回路（３６）をなすよう接続し、前記第１高圧検出素子（２９）および前記他の高圧検出素子（２９）は、前記第１ブリッジ回路（３６）とは別個の第２ブリッジ回路（３７）をなすよう接続した、請求項２〜７のいずれか一項に記載の圧力センサ。
9. 前記バルク領域（１７）は、第１タイプの導電性を示すものとし、前記第１低圧検出素子（２８）および前記他の低圧検出素子（２８）、ならびに前記第１高圧検出素子（２９）および前記他の高圧検出素子（２９）をそれぞれの相互接続部（３０）によって互いに接続し、前記相互接続部（３０）は前記第１タイプの導電性と逆の第２タイプの導電性を有するものとし、前記感知部分（３３）の内側にドーパントを導入することによって形成されるドープ領域を備える、請求項８に記載の圧力センサ。
10. さらに、前記バルク領域（１７）における感知部分（３３）に対して離れかつ別個の第２位置内に集積化した圧電抵抗型の少なくとも１個の基準素子（３４）を備え、前記少なくとも１個の基準素子（３４）は前記圧力（Ｐ）が変化するとき一定の抵抗を有し、前記第１高圧感知素子（２９）および前記他の高圧感知素子（２９）と前記第２ブリッジ回路（３７）をなすよう接続した、請求項８または９に記載の圧力センサ。
11. 前記薄膜（１９）を前記感知部分（３３）に対して中央位置に配置し、また前記感知部分（３３）を前記モノリシック体（１６）に対する中央位置に配置した、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の圧力センサ。
12. 前記第１高圧感知素子（２９）を５０μｍ以上離れた距離に前記薄膜（１９）配置した、請求項２〜１１のいずれか一項に記載のセンサ。
13. さらに、前記第１の主表面（１６ａ）の上方に形成し、前記圧力（Ｐ）が前記感知部分（３３）に均一に分布するように構成した弾性材料のクッション層（３２ａ）を備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の圧力センサ。
14. 圧力センサ（１５）およびこの圧力センサ（１５）に電気接続した測定回路（５０）を備えた圧力測定デバイス（５１）において、前記圧力センサ（１５）は請求項１〜１３のいずれか一項に記載のものとしたことを特徴とする、圧力測定デバイス。
15. 前記圧力センサ（１５）および前記測定回路（５０）を前記モノリシック体（１６）内に集積化した、請求項１４に記載の圧力測定デバイス。
16. 請求項１０に従属する場合の請求項１４または１５に記載の圧力測定デバイスにおいて、前記測定回路（５０）は、特定の動作条件の下で前記第１高圧感知素子（２９）と前記第１基準素子（３４）との間における抵抗差分の関数として圧力測定を行う、圧力測定デバイス。
17. ブレーキシステム（１）において、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の圧力測定デバイス（５１）を備えることを特徴とするブレーキシステム。
18. 請求項１７に記載のシステムにおいて、ブレーキディスク（８）と、電子制御ユニット（４）と、および前記電子制御ユニット（４）によって生成された制御信号に応答して前記ブレーキディスク（８）に制動作用が加わるように構成した電気機械式のアクチュエータ（５）とを備え、前記圧力測定デバイス（５１）は、前記電気機械式のアクチュエータ（５）によって前記ブレーキディスク（８）に加わる圧力（Ｐ）の測定値を取得するように構成し、またこの測定値を前記電子制御ユニット（４）にフィードバック供給するように前記電子制御ユニットに接続した、システム。
19. 圧力測定方法において、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の圧力センサ（１５）を使用することを特徴とする、圧力測定方法。

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