JP2017223643A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットの抑制を可能としつつ、より感度を高めることが可能な構造の圧力センサを提供する。
【解決手段】支持部１５の内壁面の上面形状、つまり凹部１３により構成されるダイヤフラム１４の形状を四角形以上の多角形状、例えば八角形状とする。このように、支持部１５の内壁面の上面形状を四角形以上の多角形状とする場合、円形状とする場合と比較して圧力印加に対するダイヤフラム１４の歪み量を大きくすることが可能となり、圧力センサＳ１の感度を向上させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板に形成されるダイヤフラムにピエゾ抵抗を配置し、圧力に応じてピエゾ抵抗の抵抗値が変化することを利用して圧力に応じた検出信号を出力する圧力センサに関するものである。

従来、この種の圧力センサとしては、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。この圧力センサでは、センサ基板の裏面側における外縁部とダイヤフラム部とを同時に除去することで円環状の支持部を形成し、支持部の内側に円形状のダイヤフラムを構成するとようにしている。このように、円環状の支持部とすることで、センサ基板を支持部材に接合したときに、接合部分の面積の縮小化や対称性に基づき、温度や静圧の変化に起因するゼロシフト、つまり熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットの影響を抑制している。

特開平６−２５８１６４号公報

しかしながら、センサ基板に形成する支持部を円環状とする場合、熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットの抑制については有効であるが、圧力印加に対する感度が低下してしまう。すなわち、圧力印加に対して得られるセンサ出力の大きさが小さくなる。

本発明は上記点に鑑みて、熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットの抑制を可能としつつ、より感度を高めることが可能な構造の圧力センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の圧力センサは、矩形板状をなす半導体よりなるチップであって、裏面（１２）に第１凹部（１３）が形成されていると共に該第１凹部に対応した表面（１１）側の薄肉部がダイヤフラム（１４）として構成され、かつ、第１凹部の周囲が支持部（１５）とされているとともに、表面にピエゾ抵抗（１７）を有するセンサチップ（１０）と、センサチップの裏面の支持部に接合される接合部材（２０）と、を備えている。このような構成において、センサチップの裏面に第２凹部（１６）が形成され、支持部の外壁面の上面形状が四角形以上の多角形状とされていると共に、ダイヤフラムの形状を構成する支持部の内壁面の上面形状が四角形以上の多角形状とされている。

このように、支持部の内壁面の上面形状、つまり凹部により構成されるダイヤフラムの形状を多角形状にしている。このように、支持部の内壁面の上面形状を多角形状とする場合、円形状とする場合と比較して圧力印加に対するダイヤフラムの歪み量を大きくすることが可能となり、圧力センサの感度を向上させることが可能となる。

請求項２に記載の圧力センサでは、センサチップ（１０）の裏面（１２）の四隅に第２凹部（１６）が形成され、支持部の外壁面の上面形状が円形状とされていると共に、ダイヤフラムの形状を構成する支持部の内壁面の上面形状が四角形以上の多角形状とされている。

このように、支持部の外壁面の上面形状が円形状とされる場合においても、支持部の内壁面の上面形状を四角形以上の多角形状とすることで、請求項１と同様の効果を得ることができる。

請求項８に記載の圧力センサは、センサチップと接合部材との間に配置され、支持部と接合部材とを接合する接着剤（３０）、を備え、接着剤について、センサチップの四隅において該接着剤が形成されていない非形成領域を設けることで、センサチップの表面側から見た外形形状が四角形以上の多角形状もしくは円形とされるようにしている。

このように、接着剤の外形形状をセンサチップと異なる形状とし、接着剤の形状によって、実質的なセンサチップの外壁面の形状を規定するようにしても良い。このようにしても、請求項１と同様の効果を得ることができる。

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の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる圧力センサのレイアウトを示す図である。 図１に示す圧力センサの側面図である。 図１中のIIIA−IIIA線における断面図である。 図１中のIIIB−IIIB線における断面図である。 第２実施形態にかかる圧力センサのレイアウトを示す図である。 図４に示す圧力センサの側面図である。 図４中のVI−VI線における断面図である。 第３実施形態にかかる圧力センサのレイアウトを示す図である。 図７に示す圧力センサの側面図である。 図７中のIX−IX線における断面図である。 第４実施形態にかかる圧力センサのレイアウトを示す図である。 図１０中のXI−XI線における断面図である。 第５実施形態にかかる圧力センサのレイアウトを示す図である。 図１３に示す圧力センサの側面図である。 図１３中のXIV−XIV線における断面図である。 第６実施形態にかかる圧力センサのレイアウトを示す図である。 図１５に示す圧力センサの側面図である。 図１５中のXVII−XVII線における断面図である。 他の実施形態で説明する接着剤に粒状部材を含有させた場合の圧力センサの断面図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態の圧力センサについて説明する。この圧力センサは、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の測定に適用いられる。具体的には、圧力センサは、ディーゼルエンジン車両の排気管内の排気ガス圧の測定、当該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略）の前後の差圧の測定などに適用される。

以下、図１、図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、本実施形態の圧力センサについて説明する。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ矢視断面図であるが、図を見やすくするために、後述する接着剤３０について便宜上破線ハッチングを施してある。

本実施形態の圧力センサＳ１は、図１〜図３Ａおよび図３Ｂに示すように、半導体ダイヤフラム式のセンサチップ１０と、センサチップ１０に接合された接合部材としての配線基板２０とを備えている。

センサチップ１０は、表面１１および裏面１２を有した矩形板状をなすＳｉ（シリコン）等の半導体よりなるチップであり、例えば表面１１の面方位が＜１１０＞面とされたシリコン基板によって構成されている。本実施形態の場合、センサチップ１０は、表面１１の法線方向から見たときの上面形状が正方形とされている。

センサチップ１０の裏面１２の中央側には、凹部１３が形成されている。例えば、凹部１３は、化学的エッチング等により形成されている。このような凹部１３が形成されているため、センサチップ１０のうち凹部１３が形成された部分が薄肉部とされ、この薄肉部によってダイヤフラム１４が構成されている。

また、センサチップ１０のうち凹部１３の周囲が、ダイヤフラム１４よりも厚い支持部１５とされている。さらに、本実施形態の場合、支持部１５の外縁にも凹部１６が形成されており、支持部１５の外形が所定形状となるようにしている。

本実施形態の場合、凹部１３は、上面形状が当該凹部１３の中心を回転中心とした回転対称の多角形状、ここでは八角形とされている。具体的には、凹部１３は、凹部１３が構成する八角形の各辺の垂直二等分線を対称線とした対称図形の八角形とされており、好ましくは正八角形とされている。

このように、凹部１３が八角形で構成されているため、ダイヤフラム１４も八角形状で構成されている。そして、センサチップ１０の表面１１におけるダイヤフラム１４とされている位置には、拡散抵抗などからなる歪ゲージを構成するピエゾ抵抗１７が設けられている。例えば、ピエゾ抵抗１７は複数個設けられており、本実施形態においては４つのピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄを備えた構成とされている。ダイヤフラム１４の中心位置を中心として、センサチップ１０の表面上における一方向の両側に１つずつピエゾ抵抗１７ａ、１７ｂが対向配置されている。また、一方向に対する垂直方向となる他方向の両側にも１つずつピエゾ抵抗１７ｃ、１７ｄが対向配置されている。これら合計４つのピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄによってホイートストンブリッジ回路が構成されている。そして、一方向の両側に対向配置された２つのピエゾ抵抗１７ａ、１７ｂがダイヤフラム１４内における外周側に配置されたサイドゲージとされている。また、他方向の両側に対向配置された２つのピエゾ抵抗１７ｃ、１７ｄがピエゾ抵抗１７ａ、１７ｂよりもダイヤフラム１４の内周側に配置されたセンターゲージとされている。

このような配置とされているため、本実施形態の構造のセンサチップ１０においては、圧力印加に伴ってダイヤフラム１４が変形すると、それに基づく歪みにより、ピエゾ抵抗１７ａ、１７ｂには圧縮応力が加わり、ピエゾ抵抗１７ｃ、１７ｄには引張応力が加わる。そして、ピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄが構成するホイートストンブリッジ回路の中点電圧が変化することで、印加された圧力を電気信号に変換して出力することが可能となっている。

また、凹部１６は、支持部１５の外壁面の上面形状が凹部１３と相似となる八角形となるように、四角形状とされたセンサチップ１０の四隅を三角形状に除去した構成とされている。このため、支持部１５の内壁面が構成する八角形、つまりダイヤフラム１４となる八角形と支持部１５の外壁面が構成する八角形とが同心状に配置され、かつ、それぞれの八角形の各辺を構成する壁面同士が互いに対向するように配置されている。

凹部１６については、センサチップ１０の厚みの途中までエッチングによって除去することで構成している。この凹部１６は、センサチップ１０における支持部１５の外形形状を八角形にするために形成したものであるため、凹部１６に代えて、センサチップ１０の厚み分すべてを除去するような構成とすることも考えられる。しかしながら、そのような構成とするには、エッチングではなく、ダイシングなどによってセンサチップ１０の外形形状を八角形にする必要があり、プラズマダイシングなどの特殊なダイシング設備が必要になる。これに対して、凹部１６とする場合には、単なるエッチングで済むため、特殊なダイシング設備が必要にならず、ダイヤフラム１４を形成するための凹部１３を形成する際に用いるエッチング設備を用いて凹部１６を形成することができる。また、ダイシングについても、従来から一般的に使用されているダイシング設備を用いることができる。

さらに、凹部１６とすることで、凹部１６よりも表面１１側において、センサチップ１０を四角形状で保つようにできる。このため、ワイヤボンディング時などにおいてチップ剛性を維持することが可能となる。また、表面１１側においてセンサチップ１０を四角形状に保つことにより、センサチップ１０を後述するように配線基板２０に接合するときのダイマウント時に、保持部分を減らすことなくセンサチップ１０を保持することが可能となる。

なお、凹部１３と凹部１６の深さについては等しくなっていても良いが、ここでは凹部１３よりも凹部１６の深さを浅くして、センサチップ１０の外縁部の厚みがダイヤフラム１４よりも厚くなるようにしている。これにより、ダイヤフラム１４を適切な厚みにしつつ、センサチップ１０の外縁部の欠けなどに対する耐久性の確保を実現することが可能となる。

また、センサチップ１０の表面１１は、保護膜１８により被覆され保護されている。保護膜１８は、ポリイミド樹脂やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等の電気絶縁性を有する絶縁膜によって構成されている。

このように構成されたセンサチップ１０は、半導体ダイヤフラム式の圧力センサＳ１のセンサ部として機能する。すなわち、センサチップ１０は、圧力印加が為されると、ピエゾ抵抗１７のピエゾ抵抗効果によって、印加された圧力に応じた電気信号を出力する。より詳しくは、ダイヤフラム１４にて圧力を受け、その圧力によってダイヤフラム１４が歪むと、ダイヤフラム１４に形成されたピエゾ抵抗１７の抵抗値が変化し、ピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄが構成するホイートストンブリッジ回路の中点電圧が変化する。これにより、センサチップ１０より、印加された圧力に対応する電気信号を出力すること、つまり印加された圧力を電気信号に変換して出力することが可能となる。

また、本実施形態では、センサチップ１０は、その裏面１２側において、支持部１５が配線基板２０に接合されている。ここでは、センサチップ１０の裏面１２の支持部１５は、配線基板２０に対して接着剤３０を介して接合されている。従来では、センサチップ１０をガラス製台座に貼り付け、ガラス製台座を介してセンサチップ１０を配線基板２０に接合した構造とされていたが、ここではセンサチップ１０を配線基板２０に対して直接接合した構造としている。接着剤３０としては、例えばシリコーンゴムやエポキシ樹脂等よりなるものが挙げられ、更に言えば、低弾性のものが望ましい。このように低弾性のもので接着剤３０を構成することで、センサチップ１０に加えられる応力の低減を図ることが可能となる。

より詳しくは、図１に示すように、接着剤３０は、ダイヤフラム１４よりも一回り大きくダイヤフラム１４の形状に合わせて八角形とされた開口部３０ａを有し、外形形状も八角形とされている。本実施形態の場合、開口部３０ａの各辺および接着剤３０の外形形状が構成する八角形の各辺は、共に、ダイヤフラム１４の各辺と平行とされている。この接着剤３０が配置される八角形の領域において、センサチップ１０が配線基板２０に接続されている。

配線基板２０は、例えばアルミナ等のセラミックよりなるセラミック基板や、プリント基板などの樹脂基板等よりなるものである。センサチップ１０と配線基板２０とは、図示しないボンディングワイヤ等により電気的に接続されており、上記したホイートストンブリッジ回路の出力が配線基板２０に対して伝えられる。なお、ここでは図示していないが、配線基板２０には、信号処理回路を構成するチップコンデンサなどの他の回路素子も備えられており、ホイートストンブリッジ回路の出力が適宜信号処理されたのち、外部に出力できるようになっている。

また、配線基板２０におけるセンサチップ１０とは反対側の面、すなわち図２における配線基板２０の下には、樹脂ケース４０が設けられ、樹脂ケース４０と配線基板２０とは、接着剤３１を介して接合されることで、固定されている。接着剤３１としては、上記接着剤３０と同様のシリコーンゴムを用いることができる。

樹脂ケース４０は、例えば排気管のホース等に取り付けられるもので、測定される圧力を導入する圧力導入通路４１を有している。同様に、配線基板２０には、センサチップ１０の裏面１２側からダイヤフラム１４に圧力を導入するための圧力導入孔２１が設けられている。この圧力導入孔２１は、樹脂ケース４０の圧力導入通路４１に通じており、これら圧力導入通路４１および圧力導入孔２１を通じて、図２に示されるように、センサチップ１０の裏面１２側からダイヤフラム１４に、圧力の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。

さらに、図３に示すように、センサチップ１０の裏面１２側から配線基板２０に至るまで、封止ゲル５０によって封止してある。このように封止ゲル５０による封止を行うことで、接着剤３０やセンサチップ１０が測定する圧力媒体に直接触れなくても済むようにしている。封止ゲル５０としては、例えばシリコーン系ゲル、フッ素系ゲル、フロロシリコーン系ゲルなどのゲル材料を用いることができる。

また、従来では、台座を介してセンサチップ１０を配線基板２０に接合していたため、台座の厚み分、封止ゲル５０の高さが高くなって封止ゲル５０による応力増加が発生すると共に、ゲル量の増加を招いていた。これに対して、本実施形態のように、台座をなくしてセンサチップ１０を配線基板２０に直接接合した構造としていることから、封止ゲル５０の高さを低くでき、封止ゲル５０による応力を低減できると共に、ゲル量の低減を図ることも可能となる。

ここで、例えばセンサチップ１０の表面１１側は、例えば大気圧であり、圧力の測定対象となる圧力媒体は、例えば排気ガスであって、ダイヤフラム１４の裏面１２側に印加される圧力は排気ガス圧である。

そして、圧力媒体の圧力がダイヤフラム１４に導入されたとき、ダイヤフラム１４の表面１１と裏面１２との差圧によりダイヤフラム１４が歪む。すると、センサチップ１０からはダイヤフラム１４の歪みに基づくピエゾ抵抗効果によって、印加された圧力媒体の圧力に応じた電気信号が出力される。

このような構成とされる場合、圧力センサＳ１は、相対圧型センサとなる。すなわち、圧力センサＳ１は、センサチップ１０の表面１１側からダイヤフラム１４に印加される圧力と、センサチップ１０の裏面１２側からダイヤフラム１４に印加される圧力との差圧により、ダイヤフラム１４が歪みむ相対圧型センサとなる。

以上のようにして、本実施形態にかかる圧力センサＳ１が構成されている。このように構成された圧力センサＳ１では、圧力導入通路４１や圧力導入孔２１を通じて圧力媒体の圧力がダイヤフラム１４に印加されると、ダイヤフラム１４は表面１１側に印加される圧力と裏面１２側に印加される圧力媒体の圧力との差圧に基づいて歪む。この歪みによって、ピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄの抵抗値が変化する。したがって、ピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄが構成するホイートストンブリッジ回路の入力端子に対して直流定電圧を与えたときに、ピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄの抵抗値変化によってホイートストンブリッジ回路の中点電圧が変化する。これに基づいて、圧力媒体の圧力に応じた電気信号を出力として得ることが可能となる。

このような圧力センサＳ１において、上記したように、支持部１５の外壁面の形状を八角形状にしている。

このように、支持部１５の外壁面の形状を八角形状にすることで、凹部１６を形成せずにセンサチップ１０の外形形状となる四角形状のままにした場合と比較して、熱応力や実装応力を分散させられる。このため、熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットの影響を抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態では、支持部１５の内壁面の上面形状、つまり凹部１３により構成されるダイヤフラム１４の形状を八角形状にしている。このように、支持部１５の内壁面の上面形状を八角形状とする場合、円形状とする場合と比較して圧力印加に対するダイヤフラム１４の歪み量を大きくすることが可能となり、圧力センサＳ１の感度を向上させることが可能となる。この理由について、以下に説明する。

ダイヤフラム１４の歪み量を決めるパラメータの一つとして支持部１５の内壁面の形状が挙げられる。ダイヤフラム１４の歪み量は、支持部１５の内壁面の形状に基づく変形のし難さによって決まる。この変形のし難さは、断面二次モーメント、つまり曲げモーメントに対する梁部材の変形のし難さを示す量として表される。もしくは、断面二次モーメントを支持部１５の内壁面からダイヤフラム１４の中心軸までの距離で割った値である断面係数として表すことができる。これら断面二次モーメントもしくは断面係数に基づいて、ダイヤフラム１４の歪み量について算出したところ、支持部１５の内壁面の形状を円形状とすると、多角形状とする場合と比較してダイヤフラム１４の歪み量が小さくなり、感度が低下することが確認された。例えば、支持部１５の内壁面の形状を四角形状とした場合と比較すると円形状にした場合には０．７３倍の感度となった。

センサチップ１０のチップサイズを大きくすれば、支持部１５の内壁面を円形状としても、多角形状とする場合と同等の感度を得ることができる。しかしながら、チップサイズの制限等に基づいて、熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットへの影響抑制と感度向上とのトレードオフを考慮した感度設計を行う必要がある。このため、支持部１５の内壁面を多角形状、ここでは八角形状とすることで、チップサイズの制限等があっても感度向上を実現できるようにしている。さらに、有限の大きさを持つピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄをダイヤフラム１４からはみ出さないようにしつつ、例えばサイドゲージについてはできるだけダイヤフラム１４の外縁側に配置するようにすれば、より感度向上を図ることも可能となる。

このような圧力センサＳ１は、例えば樹脂ケース４０上に、配線基板２０、センサチップ１０を、接着剤３０、３１を介して順に積層して接合すると共に、センサチップ１０と配線基板２０とをワイヤボンディング等で電気的に接続すること等により、製造される。勿論、各部材の積層、接合の順序については任意であり、適宜変更しても良い。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して凹部１６の形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４〜図６に示すように、本実施形態では、各凹部１６をライン状で構成している。具体的には、支持部１５の外壁面については第１実施形態と同様に八角形状としているが、各凹部１６を支持部１５の外壁面の一辺に沿うライン状としている。そして、凹部１６よりもセンサチップ１０の中心から離れる側においては、センサチップ１０の厚肉部が残された状態とされている。

また、接着剤３０についても、ダイヤフラム１４を囲む開口部３０ａおよび外形形状が八角形の部分だけでなく、センサチップ１０の四隅と対応する部分にも配置された状態となっている。

このように、凹部１６をライン状としても、その内側に形成される支持部１５を多角形状で構成することができる。このため、本実施形態の構造の圧力センサＳ１においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、このような構造の圧力センサＳ１については、基本的に第１実施形態と同様であり、凹部１６をエッチングによって形成する際のマスクを変更するだけで良い。また、ここでは各凹部１６を１本のライン状で構成しているが、平行な複数本のライン状で構成することもできる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して支持部１５の外壁面の上面形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７〜図９に示すように、本実施形態では、支持部１５の内壁面の上面形状については多角形状のままとしつつ、支持部１５の外壁面の上面形状を円形状としている。また、支持部１５の外壁面の上面形状が円形状となるように、各凹部１６のうち支持部１５の外壁面を構成する部分を円弧状としている。

また、接着剤３０についても、ダイヤフラム１４を囲む開口部３０ａについては八角形とされており、外形形状は円形とされている。

このように、支持部１５の外壁面の上面形状を円形状としても、熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットの影響を抑制することが可能となる。そして、その場合でも、支持部１５の内壁面の上面形状、つまりダイヤフラム１４の形状を多角形状とすることで、圧力センサＳ１の感度を向上させることが可能となる。

なお、このような構造の圧力センサＳ１についても、基本的に第１実施形態と同様であり、凹部１６をエッチングによって形成する際のマスクを変更するだけで良い。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して支持部１５の外壁面の上面形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１０および図１１に示すように、本実施形態でも、支持部１５の内壁面および外壁面の上面形状を共に多角形状、具体的には八角形状とている。ただし、支持部１５の内壁面の上面形状が構成する多角形に対して、外壁面の上面形状が構成する多角形を周方向においてずらして形成している。

具体的には、支持部１５の内壁面については、センサチップ１０のうち四角形状とされた部分の四辺に対して、支持部１５の内壁面の上面形状が構成する八角形状のうちの四辺がそれぞれ平行とされている。また、支持部１５の内壁面の上面形状が構成する八角形状のうちの残る四辺がセンサチップ１０のうち四角形状とされた部分の各対角線とそれぞれ平行とされている。

一方、支持部１５の外壁面については、当該外壁面が構成する八角形状が支持部１５の内壁面が構成する八角形状に対して、センサチップ１０の中心を回転軸として所定角度、例えば４５°ずらした状態とされている。

また、接着剤３０についても、ダイヤフラム１４を囲む開口部３０ａについては、各辺がダイヤフラム１４の各辺と平行とされている。そして、接着剤３０の外形形状を構成する八角形については、ダイヤフラム１４の各辺に対してセンサチップ１０の中心を回転軸として所定角度ずらした状態とされている。

このように、支持部１５の内壁面や外壁面が構成する多角形状をセンサチップ１０の中心を回転軸として角度をずらしたレイアウトとすることもできる。このような構成としても、熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットの影響を抑制できると共に、圧力センサＳ１の感度を向上させることが可能となる。

なお、このような構造の圧力センサＳ１についても、基本的に第１実施形態と同様であり、凹部１６をエッチングによって形成する際のマスクを変更するだけで良い。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第３、第４実施形態に対して支持部１５の外壁面の構成を変更したものであり、その他については第１、第３、第４実施形態と同様であるため、第１、第３、第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、以下の説明では、第３実施形態のように支持部１５の外壁面を円形状とする場合を例に挙げて説明するが、第１、第４実施形態のように多角形とする場合でも同様の構造を適用できる。

図１２〜図１４に示すように、本実施形態では、支持部１５の内壁面の上面形状については多角形状のままとしつつ、支持部１５の外壁面の上面形状を円形状としている。そして、図１２および図１３に示すように、凹部１６を等方性エッチングなどによって形成することで、支持部１５の外壁面がテーパ状の傾斜面となるようにしている。

このように、支持部１５の外壁面を傾斜面としても、上面形状を円形状や多角形状とすることで、熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットの影響を抑制することが可能となる。そして、支持部１５の内壁面の上面形状、つまりダイヤフラム１４の形状を多角形状とすることで、圧力センサＳ１の感度を向上させることが可能となる。

なお、このような構造の圧力センサＳ１についても、基本的に第１実施形態と同様であり、凹部１６を等方性エッチングによって形成することで、支持部１５の外壁面を傾斜面とするだけで良い。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第１〜第４実施形態に対してセンサチップ１０の構成を変更したものであり、その他については第１〜第４実施形態と同様であるため、第１〜第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態のように開口部３０ａおよび接着剤３０の外形形状がダイヤフラム１４を囲むように八角形とされている場合を例に挙げて説明するが、第２〜第４実施形態の形状とされる場合でも同様の構造を適用できるし、同様の効果が得られる。

図１５〜図１７に示すように、センサチップ１０には、ダイヤフラム１４を形成するための凹部１３が形成されているものの、その周囲の支持部１５を構成する部分の凹部１６については形成されていない。ただし、接着剤３０については、第１実施形態と同様に、ダイヤフラム１４を囲む八角形とされた開口部３０ａが形成されていると共に、外形形状が八角形とされたものとされている。

つまり、センサチップ１０については凹部１６を形成していないが、接着剤３０については第１実施形態と同様の形状とし、センサチップ１０の四隅において接着剤３０が形成されていない非形成領域を構成している。これにより、センサチップ１０の裏面１２のうち接着剤３０と接着される部分が第１実施形態と同様の形状となるようにしている。

このように、本実施形態では、センサチップ１０については凹部１６を形成せずに、接着剤３０の外形形状を八角形とすることで、実質的に支持部１５の外壁面の形状を八角形状とした場合と同様としている。このため、センサチップ１０の外形形状を四角形状のままにしつつ、接着剤３０の外形形状も四角形状のままとした場合と比較して、熱応力や実装応力を分散させられる。したがって、熱応力や実装応力に対するゼロ点のオフセットの影響を抑制することが可能となる。

以上説明したように、接着剤３０の外形形状をセンサチップ１０と異なる形状とし、接着剤３０の形状によって、実質的なセンサチップ１０の外壁面の形状を規定するようにしても良い。その場合、ここで説明したように、接着剤３０の外形形状を、支持部１５の内壁面と同じ形状、つまり四角形以上の多角形となるようにしても良いし、第２〜第４実施形態のように、支持部１５の内壁面の形状と異なる形状となるようにしても良い。例えば、支持部１５の内壁面の形状が四角形以上の多角形とされていて、接着剤３０の外形形状が円形とされていたり支持部１５の内壁面の形状と異なる多角形されていても良い。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、支持部１５の内壁面が構成する多角形、つまりダイヤフラム１４を構成する多角形や支持部１５の外壁面が構成する多角形として八角形を例に挙げて説明した。しかしながら、これは一例を挙げたに過ぎず、四角形以上の多角形であれば、六角形、十角形、十二角形などの他の多角形であっても良い。ただし、ダイヤフラム１４にピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄによるホイートストンブリッジ回路を構成する場合、各ピエゾ抵抗１７ａ〜１７ｄのサイドゲージ同士とセンタゲージ同士をダイヤフラム１４内において対称配置するのが好ましい。したがって、偶数角の多角形状とするのが好ましい。

また、上記第１実施形態では、配線基板２０に圧力導入孔２１を設けることにより、裏面受圧型の圧力センサＳ１を実現したが、センサチップ１０の表面１１から測定圧力をダイヤフラム１４が受圧するいわゆる表面受圧型としても良い。その場合、配線基板２０に圧力導入孔２１が無くても良い。

また、センサチップ１０の裏面１２側が接合される接合部材としては、上記した配線基板２０に限定されるものではなく、例えばリードフレームや樹脂部材等、種々の部材が適用可能である。

さらに、上記各実施形態において、接着剤３０は、すべてがシリコーンゴムやエポキシ樹脂等の材料で構成されている必要はない。例えば、図１８に示すように、接着剤３０に、接着剤３０の厚み、つまり高さを保持するためのビーズ等の粒状部材３０ｂが含有されていても良い。このような粒状部材３０ｂを接着剤３０に含有させて接着剤３０の高さを大きくすると、線膨張係数の大きい樹脂等の膨張収縮による力がセンサチップ１０に伝達されることを抑制できる。このため、センサチップ１０による圧力測定精度を向上させることが可能となる。このような粒状部材３０ｂとしては、ポリマー等、接着剤３０を構成するシリコーンゴムやエポキシ樹脂等の材料に対して近い低弾性材料を用いると好ましい。

また、圧力センサとしては、上述した排気圧力を検出するものに限定されるものではなく、大気圧、エンジンの吸気圧をはじめとして、各種機器や容器の圧力など、いろいろな用途の圧力検出に用いることができる。

１０ センサチップ
１４ ダイヤフラム
１５ 支持部
１６ 凹部
２０ 配線基板
４０ 樹脂ケース
４１ 圧力導入通路
５０ 封止ゲル
Ｓ１ 圧力センサ

Claims (9)

1. 印加された圧力に応じた電気信号が出力される圧力センサであって、
   矩形板状をなす半導体よりなるチップであって、裏面（１２）に第１凹部（１３）が形成されていると共に該第１凹部に対応した表面（１１）側の薄肉部がダイヤフラム（１４）として構成され、かつ、前記第１凹部の周囲が支持部（１５）とされているとともに、前記表面にピエゾ抵抗（１７）を有するセンサチップ（１０）と、
   前記センサチップの裏面の前記支持部に接合される接合部材（２０）と、を備え、
   前記センサチップの前記裏面に第２凹部（１６）が形成され、前記支持部の外壁面の上面形状が四角形以上の多角形状とされていると共に、前記ダイヤフラムの形状を構成する前記支持部の内壁面の上面形状が四角形以上の多角形状とされている圧力センサ。
2. 印加された圧力に応じた電気信号が出力される圧力センサであって、
   矩形板状をなす半導体よりなるチップであって、裏面（１２）に第１凹部（１３）が形成されていると共に該第１凹部に対応した表面（１１）側の薄肉部がダイヤフラム（１４）として構成され、かつ、前記第１凹部の周囲が支持部（１５）とされているとともに、前記表面にピエゾ抵抗（１７）を有するセンサチップ（１０）と、
   前記センサチップの裏面の前記支持部に接合される接合部材（２０）と、を備え、
   前記センサチップの前記裏面の四隅に第２凹部（１６）が形成され、前記支持部の外壁面の上面形状が円形状とされていると共に、前記ダイヤフラムの形状を構成する前記支持部の内壁面の上面形状が四角形以上の多角形状とされている圧力センサ。
3. 前記支持部の内壁面の上面形状が八角形状とされている請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記支持部の外壁面の上面形状が八角形状とされていると共に前記支持部の内壁面の上面形状が八角形状とされ、前記支持部の外壁面および内壁面が構成する各八角形状が同心状に配置され、かつ、前記支持部の外壁面および内壁面が構成する各八角形状の各辺を構成する壁面同士が互いに対向して配置されている請求項１に記載の圧力センサ。
5. 前記支持部の外壁面の上面形状が八角形状とされていると共に前記支持部の内壁面の上面形状が八角形状とされ、前記支持部の外壁面および内壁面が構成する各八角形状が同心状に配置され、かつ、前記支持部の内壁面が構成する八角形状に対して、前記支持部の外壁面が構成する八角形状が、前記ダイヤフラムの中心を回転軸として所定角度ずらして配置されている請求項１に記載の圧力センサ。
6. 前記支持部の外壁面は、テーパ状の傾斜面とされている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧力センサ。
7. 前記接合部材は、前記センサチップの裏面側から前記ダイヤフラムに圧力を導入するための孔（２１）が設けられた配線基板（２０）であり、
   前記センサチップの裏面の前記支持部は、前記配線基板に対して接着剤（３０）を介して接合されており、
   前記第１凹部内には封止ゲル（５０）が充填された状態とされている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧力センサ。
8. 印加された圧力に応じた電気信号が出力される圧力センサであって、
   矩形板状をなす半導体よりなるチップであって、裏面（１２）に第１凹部（１３）が形成されていると共に該第１凹部に対応した表面（１１）側の薄肉部がダイヤフラム（１４）として構成され、かつ、前記第１凹部の周囲が支持部（１５）とされているとともに、前記表面にピエゾ抵抗（１７）を有するセンサチップ（１０）と、
   前記センサチップの裏面の前記支持部に接合される接合部材（２０）と、
   前記センサチップと前記接合部材との間に配置され、前記支持部と前記接合部材とを接合する接着剤（３０）と、を備え、
   前記ダイヤフラムの形状を構成する前記支持部の内壁面の上面形状は、四角形以上の多角形状とされ、
   前記接着剤は、前記センサチップの四隅において該接着剤が形成されていない非形成領域が設けられることで、前記センサチップの表面側から見た外形形状が四角形以上の多角形状もしくは円形とされている圧力センサ。
9. 前記接着剤は、該接着剤の厚みを保持する粒状部材（３０ｂ）が含有されている請求項７または８に記載の圧力センサ。

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