JP2017120211A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ひずみゲージが形成された半導体チップの小型化と高感度化を両立した圧力センサを提供する。
【解決手段】本発明に係る圧力センサ（１００）は、筒状に形成されたハウジング（４）と、測定対象の流体の圧力を受ける第１主面（３Ａ）と、第１主面の反対側の第２主面（３Ｂ）とを有し、ハウジングの一方の端部（４Ａ）の開口部分を塞いで固定されたダイアフラム（３）と、ひずみゲージを構成する抵抗が形成された半導体チップと、一端においてダイアフラムの第２主面と離間してハウジングの内壁（４Ｂ）に固定され、他端において半導体チップと接合された第１構造体（７ａ）と、一端において平面視で第２主面におけるダイアフラムの中心（３０）に接合され、他端において第１構造体と離間して半導体チップと接合され、第２主面に垂設されている第２構造体（７ｂ）とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサに関し、例えばサニタリー用圧力センサに関する。

一般に、流体の圧力を検出する圧力センサが衛生的な配慮が必要な食品や医薬品等の製造現場等で用いられるサニタリー用圧力センサとして認められるためには、耐食性、清浄性、信頼性、および汎用性等に関する厳しい要件を満足しなければならない。

例えば、耐食性として、サニタリー用圧力センサは、圧力の測定対象の流体（例えば液体）が接触する接液部分にステンレス鋼（ＳＵＳ）、セラミックス、およびチタン等の耐食性の高い材料を用いなければならない。また、清浄性として、サニタリー用圧力センサは、洗浄しやすいフラッシュダイアフラム構造を有し、且つ蒸気洗浄に対する高い耐熱衝撃性を有していなければならない。また、信頼性として、サニタリー用圧力センサは、封入剤を使用しない構造（オイルフリー構造）、およびダイアフラムが破れ難い構造（バリア高剛性）を有していなければならない。更に、汎用性として、サニタリー用圧力センサは、測定対象の流体が流れる配管との接続部分が継手形状でなければならない。

このように、サニタリー用圧力センサは、使用する材料や構造が他の圧力センサに比べて制限されるため、高感度化が容易ではない。例えば、ダイアフラムが破れ難い構造を実現するためには、ダイアフラムの膜厚を大きくする（ダイアフラムの厚みに対する径のアスペクト比を小さくする）必要があるが、一般に、ダイアフラムの膜厚を大きくするとダイアフラムの変形量が微小となり、センサ感度が低下するという問題がある。そのため、サニタリー用圧力センサでは、ダイアフラムの微小な変形を精度良く検出する技術が求められている。

例えば、特許文献１，２には、拡散抵抗から成るひずみゲージが形成されたＳｉ等の半導体チップ（ビーム部材）に、ダイアフラムの中心部分の変位のみを伝達し、上記半導体チップの歪に基づくピエゾ抵抗効果による拡散抵抗の抵抗値の変化を検出することでセンサの高感度化を狙った荷重変換型の圧力センサが開示されている。

具体的に、特許文献１、２に開示された従来の荷重変換型の圧力センサでは、半導体チップの中心部分をダイアフラムの中心部分において支持するとともに、上記半導体チップの両端を実質的に変動しない位置に固定している。例えば、特許文献１では、短冊状の半導体チップの中心をピボットと呼ばれる棒状部材によってダイアフラムの中心において支持するとともに、半導体チップの長手方向の両端を、絶縁架台を介してダイアフラムの外周縁に形成された厚肉部分に固定している。また、特許文献２では、矩形状の半導体チップの中心をダイアフラムの中心に固定するとともに、半導体チップの長手方向の両端を変動しない台座上に固定している。

特開２００４−４５１４０号公報 特開昭６３−２１７６７１号公報

上記特許文献１，２に開示された圧力センサのように、半導体チップの中心部分をダイアフラムの中心において支持するとともに、半導体チップの長手方向の両端を実質的に変動しない位置に固定することにより、ダイアフラムが撓んだときのダイアフラムの中心部分の大きな変位を半導体チップに効率よく伝達することができるので、センサの高感度化が可能になる。

しかしながら、上記の圧力センサでは、半導体チップのサイズが大きくなるという課題がある。例えば、特許文献１に開示された圧力センサの場合、円形のダイアフラムの外周縁に厚肉部を形成し、その上に短冊状の半導体チップの両端を固定している。そのため、例えば配管と接続される圧力センサの継手の径を大きくした場合、ダイアフラムの径も大きくなるので、それに応じて半導体チップを長くしなければならず、チップサイズが大きくなるという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ひずみゲージが形成された半導体チップの小型化と高感度化を両立した圧力センサを提供することにある。

本発明に係る圧力センサ（１００，１０１，１０２，１０３）は、筒状に形成されたハウジング（４）と、測定対象の流体の圧力を受ける第１主面（３Ａ）と、第１主面の反対側の第２主面（３Ｂ）とを有し、ハウジングの一方の端部（４Ａ）の開口部分を塞いで固定されたダイアフラム（３）と、ひずみゲージを構成する抵抗が形成された半導体チップと、一端においてダイアフラムの第２主面と離間してハウジングの内壁（４Ｂ）に固定され、他端において半導体チップと接合された第１構造体（７ａ，７ｄ，７ｆ）と、一端において平面視で第２主面におけるダイアフラムの中心（３０）に接合され、他端において第１構造体と離間して半導体チップと接合され、第２主面に垂設されている第２構造体（７ｂ，７ｃ）とを有することを特徴とする。

上記圧力センサにおいて、第１構造体は、ハウジングの内壁にダイアフラムの第２主面と離間して固定され、ハウジングの中心軸に向かって延在する第１台座（５，５ａ，５ｂ）と、一端が第１台座上に接合され、他端が半導体チップに接合された絶縁材料から成る第１支持部材（２ａ）とを含んでいてもよい。

上記圧力センサにおいて、第１台座（５，５ａ）は、ダイアフラムと同心円のリング状に形成されていてもよい。

上記圧力センサにおいて、第１台座（５ｂ）は、一端がハウジングの内壁に接合され、他端がハウジングの中心軸に向かって延伸したビーム状に形成されていてもよい。

上記圧力センサにおいて、第１台座は、ハウジングと一体形成されていてもよい。

上記圧力センサ（１００）において、第２構造体（７ｂ）は、第２主面における中心に固定された第２台座（６）と、一端が第２台座上に接合され、他端が半導体チップに接合された絶縁材料から成る第２支持部材（２ｂ）とを含んでもよい。

上記圧力センサ（１０３）において、第２構造体（７ｃ）は、一端が第２主面における中心に接合され、他端が半導体チップに接合された絶縁材料から成る第２支持部材（２ｃ）を含んでもよい。

本発明に係る別の圧力センサ（１０４）は、筒状に形成されたハウジング（４）と、測定対象の流体の圧力を受ける第１主面（３Ａ）と、第１主面の反対側の第２主面（３Ｂ）とを有し、ハウジングの一方の端部の開口部分を塞いで固定されたダイアフラム（３）と、ひずみゲージを構成する抵抗が形成された半導体チップ（１）と、ハウジングの内壁にダイアフラムの第２主面と離間して固定され、ハウジングの中心軸に向かって延在する台座（５）と、一端が台座上に接合され、他端が半導体チップに接合された絶縁材料から成る支持部材（２ａ）と、一端において平面視でダイアフラムの中心（３０）を挟んで支持部材と対向する第２主面上の位置に接合され、他端において上記支持部材と離間して半導体チップに接合され、第２主面に垂設されている構造体とを有することを特徴とする。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を括弧を付して記載している。

以上説明したことにより、本発明によれば、ひずみゲージが形成された半導体チップの小型化と高感度化を両立した圧力センサを実現することができる。

図１は、実施の形態１に係る圧力センサの構成を示す斜視断面図である。 図２は、実施の形態１に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 図３は、実施の形態１に係る圧力センサの構成を示す断面図である。 図４は、実施の形態１に係る圧力センサにおいて、ダイアフラムが変形したときの半導体チップの変位を模式的に示す図である。 図５は、実施の形態２に係る圧力センサの構成を示す斜視断面図である。 図６は、実施の形態２に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 図７は、実施の形態２に係る圧力センサの構成を示す断面図である。 図８は、実施の形態３に係る圧力センサの構成を示す斜視断面図である。 図９は、実施の形態３に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 図１０は、実施の形態３に係る圧力センサの構成を示す断面図である。 図１１は、実施の形態４に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 図１２は、実施の形態４に係る圧力センサの構成を示す断面図である。 図１３は、実施の形態５に係る圧力センサの構成を示す斜視断面図である。 図１４は、実施の形態５に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 図１５は、実施の形態５に係る圧力センサの構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

≪実施の形態１≫
図１〜３は、実施の形態１に係る圧力センサの構成を示す図である。
図１には、実施の形態１に係る圧力センサ１００の斜視断面構造（９０度断面）が示され、図２には、図１のＺ方向から見たときの圧力センサ１００の平面構造が示され、図３には、図２のＡ−Ａ断面における圧力センサ１００の断面構造が示されている。

図１〜３に示される圧力センサ１００は、測定対象の流体の圧力によってダイアフラムが撓んだときのダイアフラムの変位を、ひずみゲージが形成された半導体チップに伝達することにより、上記流体の圧力を検知する装置である。

具体的に、圧力センサ１００は、半導体チップ１、構造体７ａ，７ｂ、ダイアフラム３、およびハウジング４から構成されている。なお、図１〜３には、圧力センサ１００におけるダイアフラム３の撓みを半導体チップ１に伝達する機構が図示されており、半導体チップ１から出力される信号を処理する回路等のその他の機能部については図示を省略している。また、圧力センサ１００は、検知した圧力の値等の各種情報をユーザに提示するための表示部（例えば液晶ディスプレイ）等を更に有していてもよい。

半導体チップ１、ダイアフラム３、および構造体７ａ，７ｂは、耐食性の高い金属材料から成るハウジング４に収容されている。ハウジング４は、図１〜３に示されるように、筒状に形成され、一方の端部４Ａが測定対象の流体が流れる配管と接続するための継手形状を有している。ハウジング４の内部は、例えば空気で満たされており、内壁４Ｂ側の圧力は例えば大気圧である。

半導体チップ１は、平面視矩形状に形成され、Ｓｉ等の半導体基板から構成されている。半導体チップ１には、半導体チップ１の応力によって発生するひずみを抵抗値の変化として検知するひずみゲージが形成されている。上記ひずみゲージは、例えば、半導体チップ１に形成された４つの抵抗（例えば拡散抵抗）から成るブリッジ回路によって構成されている。圧力センサ１００では、上記ブリッジ回路に一定の電流を流した状態において、半導体チップ１の内部に発生した応力による上記抵抗の抵抗値の変化を電圧の変化として検出することにより、測定対象の流体の圧力を測定することができる。

なお、図１〜３では、半導体チップ１における支持部材２ａ，２ｂとの接合部分が、半導体チップ１の他の部分に比べてＺ軸方向に厚肉状に形成されている場合が例示されているが、上記接合部分は上記他の部分と同じ厚さであってもよい。

ダイアフラム３は、測定対象の流体の圧力を受けるとともに、半導体チップ１および構造体７ａ，７ｂを支持する膜である。ダイアフラム３は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、セラミックス、およびチタン等の耐食性の高い材料によって構成され、例えば平面視円形状に形成されている。

ダイアフラム３は、ハウジング４の端部４Ａ側に固定され、ハウジング４の端部４Ａの開口部分を塞いでいる。例えば、ダイアフラム３は、その外周縁がハウジング４の端部４Ａ側の内壁４Ｂと隙間なく接合されている。

ダイアフラム３は、測定対象の流体と接する受圧面（接液面）３Ａと、受圧面３Ａの反対側の面であって半導体チップ１および構造体７ｂを支持する支持面３Ｂとを有している。ダイアフラム３は、測定対象の流体から支持面３Ｂに加わる圧力（例えば大気圧）よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わることにより、撓む。

構造体７ａ，７ｂは、ダイアフラム３の支持面３Ｂ側において、ダイアフラム３が撓んでいないときの支持面３Ｂと半導体チップ１の二つの主面とが平行になるように、半導体チップ１の一方の主面における両端部を支持する。以下、構造体７ａ，７ｂについて具体的に説明する。

構造体７ａは、一端においてダイアフラム３の支持面３Ｂと離間してハウジング４の内壁４Ｂに固定され、他端において半導体チップ１と接合されている。具体的に、構造体７ａは、台座５と支持部材２ａとを含む。

台座５は、ハウジング４の内壁４Ｂにダイアフラム３の支持面３Ｂと離間して固定され、ハウジング４の中心軸に向かって延在している。台座５は、例えばハウジング４と一体に形成され、台座５の主面（支持部材２ａを支持する面）がダイアフラム３の支持面３Ｂと平行となるように内壁４Ｂから突出した構造を有している。より具体的には、台座５は、ダイアフラム３と同心円のリング形状を有し、当該リングの外周面とハウジング４の内壁４Ｂとが接合されている。

支持部材２ａは、台座５上で半導体チップ１を支持する柱として機能する。支持部材２ａは、電気的な絶縁性を有する材料によって構成されている。より好ましくは、支持部材２ａは、電気的な絶縁性を有し、且つ熱伝導率のより小さい材料によって構成されている。また、支持部材２ａは、ダイアフラム３が撓んだときに歪まない程度の剛性を有している。支持部材２ａの材料としては、ガラス（例えばホウケイ酸ガラス（パイレックス、登録商標））を例示することができる。

支持部材２ａは、例えば角柱状（例えば四角柱状）に形成され、台座５上に垂設されている。具体的には、支持部材２ａの一端は、台座５の主面における例えばダイアフラム３の中心３０に近い側の端部に接合され、支持部材２ａの他端は、半導体チップ１の一方の主面における一方の端部に接合されている。支持部材２ｂと半導体チップ１および台座６との間の接合には、例えば接着剤が用いられている。

構造体７ｂは、一端において平面視で支持面３Ｂにおけるダイアフラム３の中心３０に接合され、他端において構造体７ａと離間して半導体チップ１と接合され、支持面３Ｂに垂設されている。具体的に、構造体７ａは、台座６と支持部材２ｂとを含む。

台座６は、ダイアフラム３の支持面３Ｂにおいて支持部材２ｂを支えるための部材（架台）である。台座６は、例えば、ダイアフラム３と一体形成されている。
図１〜３に示されるように、台座６は、例えば柱状（例えば円柱状）に形成され、平面視でダイアフラム３の支持面３Ｂの中心３０に垂設されている。具体的には、台座６ａは、平面視で、台座６の底面の中心がダイアフラム３の中心３０と一致して固定されている。

ここで、ダイアフラム３の中心３０とは、支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が受圧面３Ａに加わったときにダイアフラム３のＺ軸方向の変位が最も大きくなる点であり、例えば、平面視円形のダイアフラム３の場合、中心３０はダイアフラム３（円）の中心点である。

上述したように、台座６は、ダイアフラム３の面３Ｂにおいて支持部材２ｂの底面の中心とダイアフラム３の中心３０とが一致して固定されていることが望ましいが、台座６の底面の中心がダイアフラム３の中心３０から多少ずれていてもよい。

また、台座６の大きさ、すなわち台座６の底面の面積および高さ（Ｚ軸方向の長さ）は、ダイアフラム３の変位を妨げず、且つ支持部材２ｂを安定して支持することができるのであれば、特に制限はない。

支持部材２ｂは、ダイアフラム３上で半導体チップ１を支持する柱として機能する。支持部材２ｂは、支持部材２ａと同様に、ダイアフラム３が撓んだときに歪まない程度の剛性を有している。支持部材２ｂは、例えば支持部材２ａと同様に絶縁材料によって角柱状（例えば四角柱状）に形成され、台座６に垂設されている。支持部材２ｂの一端は、台座６上に接合され、支持部材２ｂの他端は、半導体チップ１の一方の主面における他方の端部に接合されている。支持部材２ｂと半導体チップ１および台座６との間の接合には、例えば接着剤が用いられている。

次に、実施の形態１に係る圧力センサ１００の動作原理について説明する。
図４は、圧力センサ１００において、ダイアフラム３が変形したときの半導体チップ１の変位を模式的に示す図である。

図４に示すように、実施の形態１に係る圧力センサ１００において、ダイアフラム３の受圧面３Ａに支持面３Ｂに加わる圧力よりも大きな圧力が加わるとダイアフラム３が撓む。このとき、台座６とダイアフラム３との接合部分の剛性により、台座６がＺ軸に対してほとんど傾くことなく、Ｚ軸方向にのみ変位する。これにより、台座６上に固定されている支持部材２ｂは、ダイアフラム３の中心３０のＺ軸方向の変位が伝達され、Ｚ軸方向に変位する。

一方、台座５は、ハウジング４の内壁４Ｂに固定され、ダイアフラム３と離間して配置されていることから、ダイアフラム３の変動は伝達されない。これにより、台座５上に固定されている支持部材２ａも同様に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の何れの方向にも変位しない。

その結果、半導体チップ１にひずみが生じ、半導体チップ１の内部に引張応力が生じる。すなわち、ダイアフラム３の中心３０のＺ軸方向の変位に応じた引張応力が半導体チップ１の内部に発生する。したがって、半導体チップ１における上記引張応力が生じる領域に、上述したひずみゲージ（ブリッジ回路）を構成する抵抗を適切に形成しておくことにより、測定対象の流体の圧力を高精度に検知することが可能となる。

以上、実施の形態１に係る圧力センサ１００によれば、ダイアフラム３の中心３０に固定した構造体７ｂ（台座６および支持部材２ｂ）によって半導体チップ１の一端を支持し、ハウジング４の内壁４Ｂに固定された構造体７ａ（台座５および支持部材２ａ）によって半導体チップの他端を支持することにより、ダイアフラム３の中心３０のＺ軸方向の変位に応じた引張応力を半導体チップ１の内部に効率よく発生させることができる。これにより、センサ感度の高い圧力センサを実現することが可能となる。

また、圧力センサ１００によれば、半導体チップ１の両端部を２つの構造体７ａ，７ｂによって支持するとともに、一方の構造体７ｂをダイアフラム３の中心３０に配置することにより、従来の荷重変換型の圧力センサのように、半導体チップの中心をダイアフラム３の中心付近で支持し、半導体チップの両端部を実質的に変動しない位置、すなわちダイアフラム３が変形する部分よりも外側の位置において支持する場合に比べて、半導体チップの長手方向の長さを短くすることができる。

特に、半導体チップ１の一端を支持する支持部材７ａを固定する台座５の形状を、ハウジング４の内壁４Ｂからハウジングの中心軸に向かって延伸した形状とすることにより、半導体チップの長手方向の長さを更に短くすることが可能となる。

以上のように、実施の形態１に係る圧力センサ１００によれば、半導体チップの小型化と高感度化を両立することが可能となる。

≪実施の形態２≫
図５〜７は、実施の形態２に係る圧力センサの構成を示す図である。
図５には、実施の形態２に係る圧力センサ１０１の斜視断面構造（９０度断面）が示され、図６には、図５のＺ方向から見たときの圧力センサ１０１の平面構造が示され、図７には、図５のＡ−Ａ断面における圧力センサ１０１の断面構造が示されている。

実施の形態２に係る圧力センサ１０１は、一方の構造体を構成する支持部材が台座を介さずにダイアフラム３の中心３０に固定される点において、実施の形態１に係る圧力センサ１００と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る圧力センサ１００と同様である。

具体的に、構造体７ｃは、支持部材２ｃから構成されている。
支持部材２ｃは、支持部材２ａと同様に、ダイアフラム３が撓んだときに歪まない程度の剛性を有している。支持部材２ｃは、例えば支持部材２ａと同様に絶縁材料によって角柱状（例えば四角柱状）に形成され、平面視でダイアフラム３の中心３０に垂設されている。支持部材２ｃの一端は、支持面３Ｂにおける中心３０に接合され、支持部材２ｃの他端は、半導体チップ１の一方の主面における他方の端部に接合されている。支持部材２ｃと半導体チップ１および支持面３Ｂとの間の接合には、例えば接着剤が用いられている。

実施の形態２に係る圧力センサ１０１によれば、実施の形態１の圧力センサ１００と同様に、流体からの圧力によってダイアフラム３が変形したとき、ダイアフラム３の中心３０におけるＺ軸方向の変位が支持部材２ｃに伝達されるので、ダイアフラム３のＺ軸方向の変位に応じた引張応力を半導体チップ１の内部に発生させることができる。

以上、実施の形態２に係る圧力センサ１０１によれば、実施の形態１の圧力センサ１００と同様に半導体チップの更なる小型化と高感度化を両立することが可能となる。

≪実施の形態３≫
図８〜１０は、実施の形態３に係る圧力センサの構成を示す図である。
図８には、実施の形態３に係る圧力センサ１０２の斜視断面構造（９０度断面）が示され、図９には、図８のＺ方向から見たときの圧力センサ１０２の平面構造が示され、図１０には、図９のＡ−Ａ断面における圧力センサ１０２の断面構造が示されている。

実施の形態３に係る圧力センサ１０２は、ハウジング４において、一方の台座を固定する側の内壁の径が、ダイアフラム３が固定される側の内壁の径よりも短い点において、実施の形態１に係る圧力センサ１００と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る圧力センサ１００と同様である。

具体的に、図８〜１０に示されるように、台座５ａが固定される側のハウジング４の内壁４Ｃは、ダイアフラム３が固定される側のハウジング４の内壁４Ｄに比べて短い径を有する。また、台座５ａは、ハウジング４と一体に形成されている。

実施の形態３に係る圧力センサ１０２によれば、実施の形態１の圧力センサ１００と同様に、半導体チップの小型化と高感度化を両立することが可能となる。

また、圧力センサ１０２によれば、台座５ａの剛性を更に高めることができるので、半導体チップ１の一端をより安定させて支持することができる。

≪実施の形態４≫
図１１、１２は、実施の形態４に係る圧力センサの構成を示す図である。
図１１には、実施の形態４に係る圧力センサ１０３の平面構造が示され、図１２には、図１１のＡ−Ａ断面における圧力センサ１０３の断面構造が示されている。

実施の形態４に係る圧力センサ１０３は、ハウジング４に固定される台座が片持ち梁（ビーム）状である点において、実施の形態１に係る圧力センサ１００と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る圧力センサ１００と同様である。

具体的に、構造体７ｆは、台座５ｂと支持部材２ａとから構成されている。
台座５ｂは、一端がハウジング４の内壁４Ｂに接合され、他端がハウジング４の中心軸に向かって延伸したビーム状に形成されている。台座５ｂは、実施の形態１に係る圧力センサ１００における台座５と同様に、ハウジング４と一体に形成され、ダイアフラム３が撓んだときに、歪まない程度の剛性を有している。
支持部材２ａは、一端において台座５ｂと接合され、他端において半導体チップ１と接合されている。

実施の形態４に係る圧力センサ１０３によれば、実施の形態１の圧力センサ１００と同様に、流体からの圧力に基づくダイアフラム３の変形に応じた引張応力を半導体チップ１の内部に発生させることができ、且つ半導体チップの長手方向の長さを短くすることができるので、半導体チップの小型化と高感度化を両立することが可能となる。

≪実施の形態５≫
図１３〜１５は、実施の形態５に係る圧力センサの構成を示す図である。
図１３には、実施の形態５に係る圧力センサ１０４の斜視断面構造（９０度断面）が示され、図１４には、図１３のＺ方向から見たときの圧力センサ１０４の平面構造が示され、図１５には、図１４のＡ−Ａ断面における圧力センサ１０４の断面構造が示されている。

実施の形態５に係る圧力センサ１０４は、一方の構造体が支持面３Ｂにおける中心３０から外れた位置に固定される点において、実施の形態１に係る圧力センサ１００と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る圧力センサ１００と同様である。

具体的に、図１３〜１５に示されるように、構造体７ｅは、支持部材２ｅから構成されている。

支持部材２ｅは、支持部材２ａと同様に、ダイアフラム３が撓んだときに歪まない程度の剛性を有する絶縁材料によって、角柱状（例えば四角柱状）に形成されている。支持部材２ｅは、平面視でダイアフラム３の中心３０から外れた位置に垂設されている。具体的には、支持部材２ｅの一端は、平面視でダイアフラム３の中心３０を挟んで支持部材２ａと対向する支持面３Ｂ上の位置に接合され、支持部材２ｅの他端は、支持部材２ａと離間して半導体チップ１に接合されている。支持部材２ｅと半導体チップ１および支持面３Ｂとの間の接合には、例えば接着剤が用いられている。

実施の形態５に係る圧力センサ１０４において、流体からの圧力によってダイアフラム３が変形したとき、支持部材２ｅは、ダイアフラム３の支持面３Ｂに垂直な状態を保ったままダイアフラム３の中心３０から離れる方向に傾く。すなわち、支持部材２ｅは、Ｚ軸方向のみならず、Ｘ軸方向にも変位が生じる。

一方、台座５および支持部材２ａは、ハウジング４の内壁４Ｂに固定され、ダイアフラム３と離間して配置されていることから、ダイアフラム３の変動が伝達されず、Ｘ軸方向、およびＺ軸方向の何れの方向にも変位しない。

その結果、半導体チップ１にひずみが生じ、半導体チップ１の内部に引張応力が生じる。すなわち、ダイアフラム３における支持部材２ｅが固定された位置におけるＸ軸方向およびＺ軸方向の変位に応じた引張応力が半導体チップ１の内部に発生する。したがって、半導体チップ１における上記引張応力が生じる領域に、上述したひずみゲージ（ブリッジ回路）を構成する抵抗を適切に形成しておくことにより、実施の形態１に係る圧力センサ１００と同様に、測定対象の流体の圧力を高精度に検知することが可能となる。

以上、実施の形態５に係る圧力センサ１０４によれば、実施の形態１の圧力センサ１００と同様に、流体からの圧力に基づくダイアフラム３の変形に応じた引張応力を半導体チップ１の内部に発生させることができ、且つ半導体チップの長手方向の長さを短くすることができるので、半導体チップの小型化と高感度化を両立することが可能となる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、構造体７ｂ，７ｃ，７ｅと構造体７ａ，７ｄ，７ｆとの組み合わせは、上記実施の形態に例示したものに限定されず、種々変更することが可能である。例えば、実施の形態２に係る圧力センサ１０１において、構造体７ａの代わりに構造体７ｆを適用してもよい。

また、上記実施の形態において、台座５，５ａ，５ｂがハウジング４と一体に形成されている場合を例示したが、これに限られない。例えば、台座５，５ａ，５ｂをハウジング４とは別の部材で形成しておき、ハウジング４の内壁４に接着剤等によって接着させてもよい。ただし、この場合には、台座５は、ハウジング４と同様に、ダイアフラム３が撓んだときに歪まない程度の剛性を有している必要がある。

また、上記実施の形態において、ハウジング４に固定される台座として、リング形状の台座５，５ａやビーム状の台座５ｂを例示したが、半導体チップ１の一端を支持する支持部材２ａをダイアフラム３の変動によらず安定して支持することができる形状であれば、台座５，５ａ，５ｂの形状はこれらに限定されるものではない。

また、上記実施の形態において、支持部材２ａ，２ｂ等が角柱状である場合を例示したが、円柱状であってもよい。

１００，１０１，１０２，１０３，１０４…圧力センサ、１…半導体チップ、支持部材…２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｅ、３…ダイアフラム、３Ａ…受圧面、３Ｂ…支持面、３０…ダイアフラムの中心、４…ハウジング、４Ａ…ハウジングの端部、４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…ハウジングの内壁、５，５ａ，５ｂ，６…台座、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ…構造体。

Claims (8)

1. 筒状に形成されたハウジングと、
   測定対象の流体の圧力を受ける第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面とを有し、前記ハウジングの一方の端部の開口部分を塞いで固定されたダイアフラムと、
   ひずみゲージを構成する抵抗が形成された半導体チップと、
   一端において前記ダイアフラムの前記第２主面と離間して前記ハウジングの内壁に固定され、他端において前記半導体チップと接合された第１構造体と、
   一端において平面視で前記第２主面における前記ダイアフラムの中心に接合され、他端において前記第１構造体と離間して前記半導体チップと接合され、前記第２主面に垂設されている第２構造体とを有する
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記第１構造体は、
   前記ハウジングの内壁に前記ダイアフラムの前記第２主面と離間して固定され、前記ハウジングの中心軸に向かって延在する第１台座と、
   一端が前記第１台座上に接合され、他端が前記半導体チップに接合された絶縁材料から成る第１支持部材とを含む
   ことを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項２に記載の圧力センサにおいて、
   前記第１台座は、
   前記ダイアフラムと同心円のリング状に形成されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
4. 請求項２に記載の圧力センサにおいて、
   前記第１台座は、一端が前記ハウジングの内壁に接合され、他端が前記ハウジングの中心軸に向かって延伸したビーム状に形成されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧力センサにおいて、
   前記第１台座は、前記ハウジングと一体形成されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
6. 請求項１乃至５の何れか一方に記載の圧力センサにおいて、
   前記第２構造体は、
   前記第２主面における前記中心に固定された第２台座と、
   一端が前記第２台座上に接合され、他端が前記半導体チップに接合された絶縁材料から成る第２支持部材とを含む
   ことを特徴とする圧力センサ。
7. 請求項１乃至５の何れか一方に記載の圧力センサにおいて、
   前記第２構造体は、
   一端が前記第２主面における前記中心に接合され、他端が前記半導体チップに接合された絶縁材料から成る第２支持部材を含む
   ことを特徴とする圧力センサ。
8. 筒状に形成されたハウジングと、
   測定対象の流体の圧力を受ける第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面とを有し、前記ハウジングの一方の端部の開口部分を塞いで固定されたダイアフラムと、
   ひずみゲージを構成する抵抗が形成された半導体チップと、
   前記ハウジングの内壁に前記ダイアフラムの前記第２主面と離間して固定され、前記ハウジングの中心軸に向かって延在する台座と、
   一端が前記台座上に接合され、他端が前記半導体チップに接合された絶縁材料から成る支持部材と、
   前記一端において平面視で前記ダイアフラムの中心を挟んで前記支持部材と対向する前記第２主面上の位置に接合され、他端において前記支持部材と離間して前記半導体チップに接合され、前記第２主面に垂設されている構造体とを有する
   ことを特徴とする圧力センサ。