JP3010166B2

JP3010166B2 - 厚膜ピエゾ抵抗体検知構造

Info

Publication number: JP3010166B2
Application number: JP10362990A
Authority: JP
Inventors: マリオン・エドモンド・エリス
Original assignee: デルコ・エレクトロニクス・コーポレーション
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2018-12-21
Also published as: DE69822770T2; US5898359A; DE69822770D1; EP0924501A3; EP0924501A2; JPH11326090A; EP0924501B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚膜ピエゾ抵抗性
圧力センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】コストがより低くかつサイズがより小さ
く、しかもなお、高い信頼性と、感度と、直線性とを特
徴とする圧力センサーを開発しようという不断の努力が
なされている。こうした特性を増進することに基づいて
広く受け入れられているセンサーとしては、半導体材料
を利用し、微細加工した検知ダイヤフラムを有するもの
が挙げられ、注目に値する例は、半導体製造方法を使用
して製造された、微細加工した単結晶シリコン圧力変換
器セルである。そのようなセルの加工においては、薄い
ダイヤフラムをシリコンウェーハ中に、選択的化学エッ
チングによって形成する。次に、イオン注入と拡散の技
術を使用して、ドーピング元素をダイヤフラム中に押し
込み、ピエゾ抵抗性要素を形成し、この要素の電気抵抗
は歪みと共に変化する（この比を「ゲージ率」と呼
ぶ）。結果として、ダイヤフラムの撓みはピエゾ抵抗性
要素の抵抗値の変化を引き起こし、次にこれをダイヤフ
ラムに加えられた圧力の大きさと相関させることができ
る。

【０００３】単結晶シリコン圧力変換器セルのダイヤフ
ラムは、典型的には小さく、幅が数ミリメートルを超え
ることはめったになく、かつ、非常に薄く、厚さは多く
の場合１００マイクロメートル未満である。標準的単結
晶シリコンウェーハと標準的半導体装置製造方法との使
用により、多くのそのようなセルを単一ウェーハから製
造することが可能となり、多少の規模の経済性が得られ
ている。しかしながら、シリコンは様々な媒体により化
学的侵食及びエロージョンを受けやすく、特に、高圧媒
体を検知対象とする用途、例えば、ブレーキ液、油、ト
ランスミッション液、作動液、燃料及びステアリング液
の圧力の検知を伴う自動車用途ではそうである。そのよ
うな用途の場合、圧力センサーはまた、物理的に堅牢
で、かつ、検知される媒体の厳しい環境に耐えなければ
ならず、その有利な動作特性を化学的に厳しい環境にお
いて実現するには、微細加工したシリコン圧力変換器セ
ルは何らかの形態の保護を含む必要がある。媒体と両立
する（media-compatible）高圧センサーを製造する現在
の方法として挙げられるのは、シリコン検知チップをシ
リコーン油またはゲルのような不活性流体中に封入し、
次にさらに金属ダイヤフラムを用いて検知チップを検知
対象の媒体から分離するもので、その結果圧力を、金属
ダイヤフラムと流体とを通して検知チップに伝達しなけ
ればならない。シリコン圧力変換器セルの動作上の利益
の幾つかを実現したものの、こうしたセンサーの製造方
法は、比較的費用がかかり、かつ複雑である。結果とし
てこうしたセンサーは、自動車用途のための大量生産さ
れたセンサーとしては適切ではない。

【０００４】従来技術において周知のように、代わりの
取り組み方としては、厚膜ピエゾ抵抗体を歪み検知要素
として使用する、セラミック容量形圧力センサーとセラ
ミックダイヤフラムが挙げられる。しかしながら、こう
したものの各々は、一定の不利益を有し、それは例え
ば、キャパシタンス変化を検出するための複雑な回路、
セラミック−セラミック間結合の要求、及び最大圧力能
力が典型的には約１０００psi（約７Mpa）を超えないこ
とである。より高圧用には、金属ダイヤフラムが検知要
素として使用されている。金属ダイヤフラムは一般に、
所定の厚さと圧力との場合、セラミックダイヤフラムよ
りも撓むので、検知は金属ダイヤフラム上に堆積させた
薄膜ポリシリコンまたは金属により実行される。ダイヤ
フラムは、まず、誘電体層でコートして、ダイヤフラム
を薄膜抵抗体と導体とから電気的に絶縁しなければなら
ない。次に薄膜ポリシリコン層を堆積してピエゾ抵抗体
を形成し、続いて薄膜メタライゼーションして、電気的
相互接続を設ける。従来のように、薄膜層を典型的には
化学または物理蒸着のような方法により堆積する。こう
した方法に必要な装置は高価であり、かつ、堆積速度は
極めて遅い。薄膜層を堆積する場合、必要な薄膜フォト
レジストとメタライゼーションとに関して、多数のパタ
ーン形成、露光、現像、及び剥離ステップを必要とし、
かつ、堆積は制御された環境で実行し、コート対象とな
る表面上に浮遊粒子が存在しないことを確実にしなけれ
ばならない。加えて、そのような方法では通常、１０，
０００オングストローム以下の薄膜を堆積するので、金
属ダイヤフラムの表面を極めて滑らかにすることで、堆
積された薄膜を貫通するかまたは薄膜に不連続性を生じ
るようなざらざらした表面特徴を避けなければならな
い。最後に、生成したポリシリコン薄膜ピエゾ抵抗体の
抵抗は、温度によって劇的に変わり得る。

【０００５】シリコン圧力変換器セルの動作上の利益の
幾つかを実現したものの、上記に説明したタイプの金属
ダイヤフラム圧力センサーは、複雑な製造方法を有し、
このせいで、このセンサーは大量生産用途とは両立しな
い。媒体と両立する高圧変換器セルであり、耐食性金属
ダイヤフラムと厚膜ピエゾ抵抗体とを組み合わせたもの
が提案されており、これはRatell et al.に付与された
米国特許出願第08/xxx,xxx号（Attorney Docket No. H-
198882）に教示されている。そのようなセンサーは超高
圧を検知でき、同時に化学的に及び機械的に頑丈で、容
易に製造可能で、温度変動に比較的影響を受けない。少
なくとも１つの厚膜誘電体層が、金属ダイヤフラムを厚
膜ピエゾ抵抗体から電気的に絶縁するために必要であ
る。金属ダイヤフラムと両立させるために、ダイヤフラ
ムに直接適用される誘電体層を形成する材料は、金属ダ
イヤフラムに付着し、ダイヤフラムが撓む際に引き起こ
される歪みに耐え、そのような歪みを厚膜ピエゾ抵抗体
に忠実に伝達し、金属ダイヤフラムとピエゾ抵抗体との
間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不整合を補償しなければな
らない。複雑な点は、この目的に適切であると分かった
誘電体材料の金属酸化物諸構成成分は、厚膜ピエゾ抵抗
体中に拡散し、ピエゾ抵抗体のフリット成分中に存在す
る金属酸化物類と反応し、それによりピエゾ抵抗体のシ
ート抵抗を著しく増大し、例えば、典型的に望まれる範
囲である３〜１０キロオーム／スケヤ（kΩ／□）を超
えることが分かっている点である。従って、電気絶縁層
と厚膜ピエゾ抵抗体との間の拡散が抑止されるかまたは
少なくとも制御されれば、改良された性能が実現される
かもしれない。必要な絶縁材料の組成を操作する代わり
に、温度補償電子機器回路を用いてＣＴＥ不整合を補償
することが提案されているが、これをすると、不必要に
センサーの加工とコストとを増大してしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐食
金属のダイヤフラムを含み、広く様々な腐食性媒体と両
立する高圧センサーを与える歪み検知構造を提供するこ
とにある。

【０００７】本発明の他の目的は、歪み検知構造が厚膜
技術を用い、かつ、厚膜電気絶縁層と厚膜ピエゾ抵抗体
とを含み、かつ、超高圧を検知でき、同時に化学的に及
び機械的に頑丈で、容易に製造可能で大量生産技術と両
立し、温度変動に比較的影響を受けないセンサーを与え
ることにある。

【０００８】本発明の他の目的は、電気絶縁層と厚膜ピ
エゾ抵抗体との間のガラスフリット成分の拡散を抑止
し、その結果センサーの性能を改良することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施例に
よれば、以上及び他の諸目的と諸利益とは、次の通りに
成し遂げられる。

【００１０】本発明は、厚膜歪み検知構造を用いた、媒
体と両立する高圧センサーを提供する。歪み検知構造は
一般的には、金属ダイヤフラムと、ダイヤフラム上の少
なくとも１つの電気絶縁層と、電気絶縁層上のインター
フェース層と、該インターフェース層上にありダイヤフ
ラムの撓みを検知するための１つ以上の厚膜ピエゾ抵抗
体とを含む。広く様々な媒体と両立させるために、金属
ダイヤフラムを好ましくは鋼で形成し、最も好ましくは
ＡＩＳＩタイプ３００または４００シリーズのようなス
テンレス鋼で形成する。

【００１１】インターフェース層と電気絶縁層とは、好
ましくはピエゾ抵抗体に対して行うように厚膜法により
形成する。金属ダイヤフラムと両立させるために、ダイ
ヤフラムに適用される電気絶縁層を作製する際は、この
電気絶縁層が金属ダイヤフラムに付着し、かつ、金属ダ
イヤフラムのＣＴＥと整合または近いＣＴＥを有するよ
うにしなければならない。そのような電気絶縁層中に存
在するフリットは、ピエゾ抵抗体のフリット成分中に存
在するものと同じ金属酸化物類の多くを含んでも良く、
所定の金属酸化物の相対割合は、厚膜ピエゾ抵抗体の焼
成最中の相互拡散が、第３のガラス組成物を作り出して
も良く、その第３のガラス組成物のピエゾ抵抗体への影
響は、拡散の程度と新たに作り出されたフリットがピエ
ゾ抵抗体の全フリット含有量を基準として呈する割合と
によって決まる。この新たなフリットが、固相線及び液
相線温度に関して異なる相の性質を持つのは異例なこと
ではなく、結果として軟化点、融点、濡れ及びＣＴＥの
変化を伴う。ガラスフリットの前述の特性が、シート抵
抗と、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）と、安定性と、ピエゾ
抵抗率とのような厚膜抵抗体特性の主要な決定要素であ
ることは、産業界では詳細に記録が残されている。本発
明によれば、電気絶縁層のガラスフリット諸成分の混合
は、拡散の結果として、ピエゾ抵抗体のシート抵抗を増
大させ、かつ、その性能に否定的な影響を及ぼす。

【００１２】解決法として、本発明のインターフェース
層を、電気絶縁層のピエゾ抵抗体中への拡散を抑止しか
つ制御するように作製する。このインターフェース層
は、細かく分割し、ガラスマトリックス中に懸濁させた
粒子状アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃、酸化アルミニウム）と粒子
状酸化亜鉛（ＺｎＯ）と、このガラスマトリックスはア
ルミナガラスセラミックを形成するもので、好ましく
は、主に酸化鉛と、アルミナと、酸化ホウ素と、シリカ
とで構成される鉛−アルミナ−ホウケイ酸塩ガラスであ
ることと、を特徴とする。好ましい組成物を得るため
に、インターフェース層を、適切な有機媒体に加えて、
アルミナと、酸化亜鉛と、ガラスフリット混合物とを含
む組成物から形成し、このガラスフリット混合物は好ま
しくは、酸化鉛（ＰｂＯ；リサージ）と、ホウ酸（Ｈ₃
ＢＯ₃）のような酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）源と、シリカ
（ＳｉＯ₂、二酸化ケイ素）と、アルミナとを含む。イ
ンターフェース層はまた、チタニア（ＴｉＯ₂、二酸化
チタン）と、酸化第二銅（ＣｕＯ）と、一酸化マンガン
（ＭｎＯ）と、酸化コバルト（ＣｏＯ）とのような構成
成分も含んでよく、後者の３つは好ましくは単独でまた
は組み合わせて供給される。

【００１３】本発明によれば、インターフェース層は、
ピエゾ抵抗体を電気絶縁層から分離し、かつ、電気絶縁
層の構成成分がピエゾ抵抗体中に拡散するのを抑止す
る。結果として、厚膜ピエゾ抵抗体のシート抵抗は、焼
成の後に示す変化が最小である。重要なことには、本発
明のインターフェース層は、歪みをダイヤフラムと電気
絶縁層とからピエゾ抵抗体に中継し、その際劣化を無視
できることが示されている。予想外に、上記に述べた組
成物を有するインターフェース層は、実際に、ピエゾ抵
抗体のゲージ率を２５％〜４０％ほども増大することも
確定している。本発明の別の予想外の利益は、金属ダイ
ヤフラムの高ＣＴＥが抵抗対ピエゾ抵抗性センサーの温
度に及ぼす有害な影響は、インターフェース層の存在に
より大部分相殺され、それにより、過去のセンサーには
必要だった温度補償電子機器回路の必要を無くすことが
分かった点である。

【００１４】上記の点を考慮して、本発明は、耐食金属
ダイヤフラムを厚膜技術とを組み合わせ、かつ、厚膜の
相互作用を避けることにより、超高圧の例えば１０，０
００psi（約７０Mpa）を超過して正確な検知を可能にす
るような圧力センサーを提供する。本発明の他の諸目的
と諸利益とは、以下の詳細な説明からより良く了解され
よう。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に示すのは、本発明による高
圧センサーの圧力検知構造１０である。検知構造１０
は、構造１０に媒体により加えられた圧力に応答して撓
むことができるように形成する。図１に示すように、検
知構造１０は、多数の層１４、１６、１８及び２０を金
属ダイヤフラム１２上に含む。本発明によれば、ダイヤ
フラム１２は、金属物体に従来のスタンピング（stampi
ng）か、機械加工か、微細加工を施して、後者は周知の
エッチング技術を使用し、形成されたモノリシック金属
構造の形態でよく、金属物体の残りは、ダイヤフラム１
２の環状支持体（図示せず）を形成する。代わりにダイ
ヤフラム１２を、溶接等により永久に支持体に固定され
た個別（discrete）部材とすることができることは、予
測可能である。好適な実施例においては、ダイヤフラム
１２を鋼合金で形成し、好ましくはステンレス鋼で形成
し、所定の媒体に対する適切なレベルの耐食性を実現す
る。様々なグレードの鋼を使用できるかもしれないが、
好ましい合金は、ＡＩＳＩタイプ３００と４００シリー
ズ合金であり、タイプ３０４、３１６、４０４、４３
０、４３０Ｓ１７及び４４４は特に適切であり、とい
うのは下記に検討するように、金属ダイヤフラム１２に
接触しかつ付着する層１４として適切な材料と両立する
からである。しかしながら、他のステンレス鋼、並びに
炭素鋼及び亜鉛メッキ鋼及び他の金属類を使用すること
は、本発明の範囲内にある。

【００１６】検知構造１０に関する層は、単一厚膜誘電
体層１４と、厚膜インターフェース層１６と、厚膜ピエ
ゾ抵抗体１８と、接触２０とである。ピエゾ抵抗体１８
を用いて、ダイヤフラム１２の撓みを検知し、一方誘電
体層１４は、ピエゾ抵抗体１８をダイヤフラム１２から
電気的に絶縁するのに必要である。接触２０により、ワ
イヤボンディングを使用して、適切なコンディショニン
グ回路（conditioningcircuitry）（図示せず）をピエ
ゾ抵抗体１８に電気的に相互接続することが可能にな
る。代わりに、回路を支持するチップを、周知のフリッ
プチップ取り付け方法により接触２０に接続できる。単
一のピエゾ抵抗体１８を示しているが、任意の数のピエ
ゾ抵抗体を、例えばホイートストンブリッジを使用して
検知構造１０の出力を処理する目的で使用できることは
理解できよう。

【００１７】本発明の好ましい態様は、誘電体層１４
と、インターフェース層１６と、ピエゾ抵抗体１８と、
接触２０とを各々厚膜法により形成するというものであ
るが、積層テープを使用できるかもしれないことは予想
可能である。厚膜としては、各々は厚さが約２５μm
（約１ミル）以上であり、印刷技術または同様の方法を
使用して、適切なペーストまたはインクを堆積すること
により形成する。その結果として、誘電体層１４及びイ
ンターフェース層１６と、ピエゾ抵抗体１８と、接触２
０とは薄膜構造と区別される。ピエゾ抵抗体１８はま
た、単結晶圧力セルと共に用いる注入し拡散したピエゾ
抵抗体と区別される。本発明によれば、ピエゾ抵抗体１
８と接触２０とに適切なインクは、従来技術において周
知である。例えば、ピエゾ抵抗体１８として適切である
と分かった市販の抵抗性インクは、ＥＳＬ３４１４Ｂ
という名前でElectro-Science Laboratories, Inc.から
入手可能であり、一方接触２０として適切な導体インク
としては、銀−パラジウム及び金組成物が挙げられ、各
々７４８４及び５７６０と確認され、E.I. DuPont de N
emours and Company, Inc.、Wilmington, Delawareから
市販されている。インク堆積のための厚膜印刷方法とそ
のようなインクの焼成に必要な熱処理とは、一般に従来
技術において周知である。

【００１８】ピエゾ抵抗体１８として適切な抵抗性材料
は、一般に、シート抵抗約３〜１０キロオーム／スケヤ
を有する。ＥＳＬ３４１４Ｂ組成物は、この範囲内の
厚膜ピエゾ抵抗体を生じ、これはゲージ率（抵抗の変化
（ΔR）対歪み（ΔL／L）の比）が約１５〜２０を示
す。しかしながら、厚膜抵抗性材料の電気抵抗は温度に
よって変わることは周知であり、厳しい環境にさらされ
ると永久に変更され得る。温度に対する厚膜抵抗体の感
度は、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）により示され、これは
℃につき百万分の一（ppm／℃）の単位で測定される。
厚膜ピエゾ抵抗体は、典型的には、温度範囲−５５℃と
１２５℃の端から端まで測定した際に、約±２００〜約
±１００ppm／℃の範囲のＴＣＲを有するように校正で
き、この温度範囲は、産業界が厚膜抵抗体の電気的特性
を評価するために使用する標準的な温度限界（temperat
ure extremes）である。

【００１９】周知の技術的原則によれば、ダイヤフラム
１２の直径と厚さとを、相対的に寸法を決めることによ
り、ダイヤフラム１２が媒体の圧力変化に応答するのに
十分に可撓性となることを確実にする。金属ダイヤフラ
ム１２の可撓性は、特に厚膜誘電体層１４に厳しい要求
をする。特に、金属ダイヤフラム１２と両立するために
は、誘電体層１４を形成する材料は、ダイヤフラム１２
と付着し、かつ、金属ダイヤフラム１２と厚膜ピエゾ抵
抗体１８との間の大きなＣＴＥ不整合を補償するもので
なければならない。加えて誘電体層１４は、ダイヤフラ
ム１２が撓む際に引き起こされる歪みに耐え、しかもな
お、そのような歪みを厚膜ピエゾ抵抗体１８に忠実に伝
達しなければならない。従来技術の圧力センサーに用い
られている薄膜を使用した場合には、そのような問題に
一般に直面することはない。本発明は、少なくとも１つ
の誘電体層１４を使用することでこうした要件を満た
し、この誘電体層１４は好ましくは１つ以上の結合剤類
と金属酸化物類の混合物とを含み、これらは、誘電体層
１４用のインクを焼成すると、ダイヤフラム１２のもの
とほぼ等しい熱膨張係数（ＣＴＥ）を与える。適切な結
合剤類は、ダイヤフラム１２の材料に対して非腐食性の
ものである。他の可能な材料で、金属酸化物類の代わり
に用いることができるかもしれないものとしては、ポー
セレン（porcelain）、石英、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ
Ｃ等が挙げられる。誘電体層１４として特に適切なイン
ク組成物類としては、Electro-Scienceから市販されて
いるＥＳＬＤ−４９１４とＥＳＬＤ−４９１３Ｂ
と、DuPont製のＱＭ４４とが挙げられる。代わりに誘電
体層１４を、誘電体テープ、例えばElectro-Science製
のＥＳＬＤ−４１０３０−２５Ｃ及びDuPont製のＨＤ
−３を用いて形成できる。こうした誘電体材料は、発熱
要素のような静的用途のために開発されたが、意外に
も、本発明の曲がる金属ダイヤフラム１２のような動的
用途にとって適切な機械的性質を示すことが分かった。

【００２０】重要な点は、鋼検知ダイヤフラムと両立す
るために決定された厚膜誘電体材料は、誘電体インクの
焼成の最中にピエゾ抵抗体１８中に拡散する傾向がある
金属酸化物類で構成されるガラスフリットを含むという
ことである。本発明によれば、インターフェース層１６
は、金属酸化物類が誘電体層１４のフリット成分からピ
エゾ抵抗体１８中に拡散するのを抑止し、同時にまた、
誘電体層１４とピエゾ抵抗体１８とのための材料と両立
する。この機能を提供するために決定されたインターフ
ェース層１６のための組成物は、細かく分割し、アルミ
ナガラスセラミックを形成するガラスマトリックス中に
懸濁させた粒子状アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃、酸化アルミニウ
ム）と粒子状酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含む。ガラスは好
ましくは、主に酸化鉛と、アルミナと、酸化ホウ素と、
シリカとで構成される鉛−アルミナ−ホウケイ酸塩ガラ
スである。好ましい組成を有するインターフェース層１
６を、適切な有機媒体に加えて、アルミナと、酸化亜鉛
と、ガラスフリット混合物とを含む誘電体インク組成物
から形成し、このガラスフリット混合物は好ましくは、
酸化鉛（ＰｂＯ、リサージ）と、ホウ酸（Ｈ₃ＢＯ₃）の
ような酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）源と、シリカ（ＳｉＯ₂、
二酸化ケイ素）と、アルミナとを含む。追加のガラス構
成成分は、好ましくは、チタニア（ＴｉＯ₂、二酸化チ
タン）と、酸化第二銅（ＣｕＯ）と、炭酸マンガン（Ｍ
ｎＣＯ₃）から得られる一酸化マンガン（ＭｎＯ）と、
炭酸コバルト（ＣｏＣＯ₃）から得られる酸化コバルト
（ＣｏＯ）とを含み、後者の３つは単独でまたは組み合
わせて供給されるもので、この構成成分をガラスに導入
すると、これはアルミナガラスセラミックの熱膨張の微
調整（fine tuning control）として働く及び／または
それに色を加える。乾燥構成成分にとって好ましい粒度
は、約２３０メッシュ（約６４μm）〜約３２５メッシ
ュ（約４５μm）であるが、より大きい及びより小さい
粒子を使用することは予測可能である。

【００２１】インターフェース層１６のインク組成物の
構成成分に適切な範囲は、重量％単位で、約１５％〜約
３５％のアルミナ、約３％〜約６％の酸化亜鉛、約３４
％〜約５３％のガラスフリット材料、残余は有機媒体で
ある。特に、十分な粒子アルミナをインターフェース層
１６中に存在させ、アルミナ基板材料のものと同様の物
理的性質を実現する。ガラスフリット材料の個々の構成
成分に適切な範囲は、重量％単位で、約５０％〜約７４
％の酸化鉛、酸化ホウ素源として約１０％〜約２５％の
ホウ酸、約８％〜約２６％のシリカ、最高約１２％まで
のアルミナ、最高約３％までのチタニア、最高８％まで
の、酸化第二銅、一酸化マンガン源として炭酸マンガ
ン、及び／または酸化コバルト源として炭酸コバルトで
ある。最後の３つの構成成分のより特定の範囲は、重量
％単位で、約０．５％〜約３．０％の酸化第二銅、約
０．５％〜約４．０％の炭酸マンガン、約３．５％〜約
４％の炭酸コバルトである。適切な有機媒体は、テルピ
ネオール／エチルセルロース溶液であるが、ブチルカル
ビトールアセテート／アクリル樹脂のような他のビヒク
ルを使用することもできる。

【００２２】本発明へと導いた調査の最中に、３つのガ
ラスフリット混合物の１つ以上を含む幾つかのインク組
成物が、インターフェース層１６に有効であることが示
された。生成するインターフェース層１６に関して所望
のＣＴＥをより選択的に与えるかもしれない、より制御
された評価を提供するために、様々なガラスフリット混
合物を使用した。重要なことには、諸構成成分の相対的
な量を選択的に変えることで、シート抵抗（Ｒｓ）と、
歪み及び／または圧力に対する感度（ゲイン）と、温度
に対する抵抗とゲイン（ゲージ率）の応答（各々ＴＣＲ
及びＴＣＧＦ）との値と方向、正または負、とを駆動で
きることが示された。インク組成物とガラスフリット混
合物を、各々下記の表１と２に要約する。各々の場合
に、有機媒体はテルピネオール／エチルセルロース溶液
だった。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】インターフェース層１６に関して上記イン
ク組成物とガラスフリット混合物とを用いて実行した調
査には、アルミナと鋼基板と圧力センサーダイヤフラム
とに関して実行した比較試験を含んでおり、これを大ま
かに下記に要約する。

【００２６】実験例１試験基板を、９６％純アルミナとＡＩＳＩタイプ３００
ステンレス鋼であって、それぞれ厚さ約０．０３５イン
チ（約０．９mm）と約０．０２０インチ（約０．５mm）
とを有するもの、で形成した。ステンレス鋼標本を作製
するためには、まずその表面をサンドブラストし、次に
ベルト炉（belt furnace）をピーク温度約８５０℃〜約
９５０℃で２回通過させて酸化した。酸化に続いて、鋼
標本を洗浄して汚染と油性残留物を除去した。

【００２７】ステンレス鋼基板を、２層のＥＳＬＤ−
４９１４誘電体インクと１層のＥＳＬＤ−４９１３Ｂ
誘電体インクを用いて印刷し焼成し、図１の層１４に対
応する絶縁誘電体層を形成した。各々の層を、１．４ミ
ル（約３６μm）直径のワイヤと０．９ミル（約２３μ
m）エマルション厚さとを持つ２３０メッシュスクリー
ンを用いて印刷した。焼成のために、基板を２つの群に
分割した。１つの群は従来の炉中で焼成し、これはピー
ク温度約８５０℃、ピーク温度またはその近くの温度で
の持続時間約１０分を有した。入ってから出るまでの全
サイクル時間は約４５分だった。第２の群は赤外（Ｉ
Ｒ）炉中で迅速焼成し、これはピーク温度約９１５℃、
ピーク温度またはその近くの温度での持続時間約３分を
有した。入ってから出るまでの全サイクル時間は、第２
の群の場合約１５分だった。

【００２８】インク＃１組成物のインターフェース層１
６を次に、誘電体層１４と同じ条件下で、鋼基板の各々
の上の誘電体層１４上一面に印刷し焼成した。次に接触
２０を形成するために、アルミナ基板上と鋼基板のイン
ターフェース層１６上とに、約０．９ミル（約２３μ
m）直径のワイヤと約０．５ミル（約１３μm）エマルシ
ョン厚さとを持つ３２５メッシュスクリーンを用いてＤ
ｕＰｏｎｔ７４８４インク組成物を印刷した。インク
を乾燥させて焼成し、アルミナ基板を、鋼基板で行った
ように２つの群に分割し、各々のタイプの基板の第１の
群は従来のオーブンを使用して約８５０℃で焼成し、第
２の群はＩＲ炉中で約９１５℃で焼成した。その後、厚
膜ピエゾ抵抗体１８の各対を互いに交差させて配向（tr
ansverselyorient）したものを、各標本上に形成するた
めに、接触２０に対して行ったのと同じ方法で、ＥＳＬ
３４１４Ｂピエゾ抵抗体インクを印刷、乾燥及び焼成
した。

【００２９】生成した厚膜ピエゾ抵抗体１８を次に、シ
ート抵抗と、ＴＣＲと、抵抗変化対歪み（すなわち、ゲ
ージ率）とに関して評価した。シート抵抗（Ｒｓ）をオ
ーム／□単位で、及び約−４０℃（「ＣＴＣＲ」）と約
＋１２５℃（「ＨＴＣＲ」）のＴＣＲをppm／℃単位
で、各群に関して下記の表３に要約する。

【００３０】

【表３】

【００３１】データが示すように、ステンレス鋼基板に
関して得られたシート抵抗値は、アルミナ基板に関して
得られたものと近く、これは本発明の目的である。アル
ミナと鋼基板と間のＴＣＲ値の相違は、アルミナ（ＣＴ
Ｅ範囲約６．５４ppm／℃を有する）とステンレス鋼
（ＣＴＥ範囲約１０ppm／℃〜約１８ppm／℃を有し、鋼
のタイプによって決まる）との間のＣＴＥの大きな相違
で説明される。

【００３２】抵抗対歪みデータを得るために、基板を撓
ませて、その間、対向した長手方向各端部で支持してお
き、その際曲げられている最中の基板の配向に対して、
各組のピエゾ抵抗体の１つは「縦方向に（longitudina
l）」配向するとみなされ、かつ、残りのピエゾ抵抗体
は「横方向に（transversal）」配向するとみなされる
ようにした。この試験から得られた歪みデータを図２に
要約し、これは、所定温度で同等の歪みの下で、ステン
レス鋼に関する抵抗変化はアルミナに関するものと本質
的に同じであることを示し、これは本発明の別の目的で
ある。

【００３３】実験例２誘電体及びインターフェース層を、上記に言及したのと
同じスクリーンパラメータを使用して、４つの群のステ
ンレス鋼基板に関して次の通り印刷し焼成した。

【００３４】

【表４】

【００３５】各々誘電体層の印刷の間に、基板をＩＲ炉
中で焼成し、これは実験例１のように、ピーク温度約９
１５℃、ピーク温度での持続時間約３分だった。各群の
基板を次に、ＤｕＰｏｎｔ７４８４導電性インクとＥ
ＳＬ３４１４Ｂピエゾ抵抗性インクとを用いて印刷し
焼成して、各々接触とピエゾ抵抗体とを形成した。焼成
をＩＲ炉中で約３分間実行し、ピーク温度８９５℃また
は９１５℃、ピーク温度での持続時間約３分だった。ピ
エゾ抵抗性インクのスクリーニングは、下記の表５に従
って、様々な厚さの厚膜ピエゾ抵抗体を実現するような
方法で行った。

【００３６】

【表５】

【００３７】焼成に続いて、厚膜ピエゾ抵抗体を、シー
ト抵抗と、ＴＣＲと、ゲージ率とに関して、実験例１の
抵抗対歪み試験方法を使用して評価した。試験データを
統計的に分析して、シート抵抗と、ＴＣＲと、ゲージ率
とに対して、印刷厚さと、焼成と、インターフェース組
成物と、誘電体組成物と配列順序とが及ぼす影響を確定
した。結果は予想外に、シート抵抗と、ＴＣＲと、ゲー
ジ率とは、圧倒的にインターフェース層組成物により決
定されることが示された。図３と４とに示すのは、イン
ク＃１またはインク＃２によって誘電体層から分離され
たピエゾ抵抗体に関する平均シート抵抗とゲージ率対イ
ンターフェース層厚さであり、一方、図５は、抵抗対ベ
ースラインアルミナ基板の温度及びステンレス鋼基板の
温度を示し、ベースラインアルミナ基板は、同じ条件下
で同じピエゾ抵抗体インクを用いて印刷され、及び、ス
テンレス鋼基板は、様々な試験厚さでのインク＃１また
は＃２によって誘電体層から分離されたピエゾ抵抗体を
用いた。

【００３８】予想外にも、図４によれば、インターフェ
ース層の組成物が実際にピエゾ抵抗体のゲージ率をＥＳ
Ｌ３４１４Ｂ材料に関して典型的な初期値１５〜２０
から約２１〜２５へと増大させ、ピエゾ抵抗体の厚さに
依存する２５％の最小増加を示した。また予想外なの
は、インク＃２を用いて形成したインターフェース層
は、図５に示すように、抵抗対温度に関して、ステンレ
ス鋼のより高いＣＴＥの影響を相殺できる点だった。

【００３９】実験例３次に、実際の圧力検知セルに関して、誘電体層のための
インクとしてＥＳＬＤ−４９１４とＱＭ４４とを使用し
て試験を実行した。検知セルはＡＩＳＩタイプ３０４Ｌ
ステンレス鋼で形成された約８ミル（約０．２mm）厚さ
のダイヤフラムを有するもので、印刷用に作製するため
に、ビードブラスト（bead blasting）してから、ベル
ト炉中で焼成して酸化し、これはピーク温度約９１５
℃、ピーク温度での持続時間約１０分を有した。ダイヤ
フラムの半分を、２３０メッシュスクリーンを使用して
２層のＱＭ４４を用いて印刷し、一方、残りのダイヤフ
ラムを、２３０メッシュスクリーンを使用して２層のＥ
ＳＬＤ−４９１４を用いて印刷した。各印刷の間に、
ダイヤフラムを約１５０℃で約１０〜１５分間乾燥し、
次にベルト炉中で焼成し、これはピーク温度約８５０
℃、ピーク温度での持続時間約１０分を有した。各誘電
体層の乾燥済みの厚さは約１．５ミル（約３８μm）で
あり、全焼成済み厚さ約１．５ミルを生じた。

【００４０】ＥＳＬＤ−４９１４とＱＭ４４とを用い
て印刷したダイヤフラムを次に各々４つの群に分割し、
各群のダイヤフラムを、２３０メッシュスクリーンを使
用して、インク＃２〜＃５のうちの１つの単一層を用い
て印刷し、乾燥済みの厚さ約１．５ミルを実現した。乾
燥と焼成を、誘電体層の場合と同じ方法で実行した。焼
成した基板に、ＤｕＰｏｎｔ５７６０及び７４８４厚
膜導電性インクを用いて印刷して、検知セル用の適切な
回路を形成し、次に、乾燥、焼成し、これは誘電体層と
同じ条件下であった。次にＥＳＬ３４１４Ｂピエゾ抵
抗性インクを、３２５スクリーンメッシュを使用してイ
ンターフェース層上に印刷して、乾燥後に約１．０ミル
（約２５μm）の厚さを生じた。乾燥及び焼成の条件
は、再び、誘電体層のものと同じだった。

【００４１】生成した圧力検知セルを次に、抵抗に関し
て評価した。各群に関して平均シート抵抗は次の通りだ
った。

【００４２】

【表６】

【００４３】次に検知セルを、標準的実施方法を使用し
て、圧力センサーに組み立て（増幅と温度補償回路は無
い）、それから圧力と温度試験を受けさせた。圧力はゼ
ロから最高約１０２９kPaまでの範囲にわたり、温度行
程（temperature excursions）は約２５℃〜−４０℃
と、約−４０℃〜２５℃と、約２５℃〜１２５℃とだっ
た。１０２９kPaでの正規化圧力センサー出力（「出
力」）と、低温及び高温温度限界でのゲイン（ゲージ
率）の温度への応答（各々「ＣＴＣＧＦ」及び「ＨＴＣ
ＧＦ」）とに関して得られたデータを、重回帰を使用し
て統計的に分析した。１．０に非常に近いＲ²値が、以
下の回帰予測子方程式（regression predictorequatio
n）の各々に関して得られた。

【００４４】ＥＳＬＤ−４９１４誘電体層の場合式（１）出力＝０．４５Ｘ₁−０．０２５Ｘ₂＋０．０
１３２Ｘ₃＋０．８Ｘ₄−１．９０９式（２）ＣＴＣＧＦ＝７１６．５Ｘ₁−７０１．５Ｘ₂
＋１７３．２Ｘ₃＋１２７２Ｘ₄−５２５８２．３式（３）ＨＴＣＧＦ＝３７１５Ｘ₁−３２２５Ｘ₂＋９
２３Ｘ₃＋６７７９Ｘ₄−２７３９４９式中：Ｘ₁＝重量％アルミナＸ₂＝重量％ジルコニアＸ₃＝重量％フリット＃１Ｘ₄＝重量％フリット＃２

【００４５】ＱＭ４４誘電体層の場合式（４）出力＝０．１１１Ｘ₁−０．１１１Ｘ₂＋０．
０３９Ｘ₃＋０．１９７Ｘ₄−９．６４式（５）ＣＴＣＧＦ＝２７４１Ｘ₁−４６１３Ｘ₂＋７
２６Ｘ₃＋４８３３Ｘ₄−１６５２６３式（６）ＨＴＣＧＦ＝３１５５４Ｘ₁−５８６４６Ｘ₂
＋７６６７Ｘ₃＋５５３９０Ｘ₄−１８５２０７１式中：Ｘ₁＝重量％アルミナＸ₂＝重量％ジルコニアＸ₃＝重量％フリット＃１Ｘ₄＝重量％フリット＃２ＥＳＬＤ−４９１４及びＱＭ４４誘電体層を用いた検
知セルに関するデータを、それぞれ表７と表８に要約す
る。

【００４６】

【表７】

【００４７】

【表８】

【００４８】表７と表８に示す、出力とＴＣＧＦとに関
する予測データが実際データに近いことは、インターフ
ェース組成物類と出力及びＴＣＧＦの大きさ及び方向と
の間の確固とした関係を証明する。出力への影響は、図
６を検討することでより良く了解でき、この図は、イン
ターフェース層組成物が出力線の０〜１０２９kPaでの
傾きを決定することを証明する。傾きが大きいほど、正
規化出力とゲージ率とは大きくなる。

【００４９】表７と表８から明白なのは、関係は絶縁体
毎に異なることで、これは予期できるかもしれない、と
いうのは、異なる売り主から得られた絶縁体組成物はそ
の組成が変わる傾向があるからである。しかしながら、
受け入れられる出力と約±１７０ppm／℃の範囲内のＴ
ＣＧＦ値とを与える少なくとも１つのインターフェース
組成物を、試験した絶縁体誘電組成物の各々に関して決
定し、これは図７に示すように、ＥＳＬＤ−４９１４
誘電体層に関してはインク＃４及びＱＭ４４誘電体層に
関してはインク＃３である。

【００５０】ＴＣＧＦ（ゲージ率の温度係数）値約±１
７５ppm／℃の範囲内を持つ圧力センサーは、温度の結
果としてゲインの変動約±１％を示し、これを図８に示
す。この範囲内では、圧力センサーは温度補償電子機器
回路をほとんど必要としないかまたは必要としない、と
いうのはゲインの損失が原因で生じる感知可能な誤差が
ほとんどないからで、従って製造にはよりコストがかか
らない。従って本発明が、本発明のインターフェース組
成物類の使用によって達成する、鋼基板と厚膜ピエゾ抵
抗体との間のＣＴＥ不整合の補償は、温度補償回路を使
用した従来技術の取り組み方を用いて達成され得るもの
と同等である。従って、低ＴＣＧＦを有するように作製
された場合、本発明のインターフェース組成物類は圧力
検知用途において、費用効果性と信頼性との両方を好都
合に実現し、しかもどんな補償も必要としない。

【００５１】実験例４さらに、３０４Ｌと４３０Ｓ１７のステンレス鋼ダイ
ヤフラムを使用して、実験を実行した。上記の実験例３
におけるように、３０４Ｌダイヤフラムの厚さは約８ミ
ル（約０．２mm）、一方４３０Ｓ１７ダイヤフラムの
厚さは約６ミル（約０．１５mm）だった。この実験の場
合、ダイヤフラムには、厚膜材料を用いて印刷する前
に、酸化も表面処理もしなかった。この実験のための絶
縁体層はＥＳＬＤ−４９１４であり、そしてインター
フェース組成物はインク＃４とインク＃６だった。印刷
と焼成の方法の残りは、実験例３の場合と同じだった。
検知セルを、標準的実施方法を使用して、圧力センサー
に組み立て（増幅と温度補償回路は無い）、それから圧
力と温度試験を受けさせた。圧力はゼロ〜約１２００kP
aまでの範囲にわたり、温度行程は約２５℃〜約−４０
℃と、約−４０℃〜約２５℃と、約２５℃〜約１５０℃
とだった。得られた温度関連データを、図９に要約し、
これは、温度に対するゲインの変動は、全ての鋼とイン
ターフェース材料との組み合わせに関して約±１％以内
だったことを示す。圧力に応答した正規化出力に関して
得られたデータを、同じ鋼とインターフェースとの組み
合わせに関して図１０に示す。明白なより高い出力すな
わちゲインが４３０ステンレス鋼セルに関して示されて
いるが、これはそのダイヤフラムがより薄いためと考え
られる。４つの組み合わせの各々から得られた代表的な
セルに、約０〜３００psiで１８０万サイクル、圧力サ
イクルをかけた。サイクルが完了した後、セルを、２５
℃で圧力約０〜１２００kPaにわたって出力と直線性と
に関して調べた。これに続いて、セルを−４０℃にさら
して次に２５℃に戻し、これに関して出力と直線性とを
再度０〜１２００kPaの圧力範囲にわたって測定した。
各ステンレス鋼に関して、典型的な出力と、直線性と、
ヒステリシスデータとを、図１１と１２に示す。１８０
万回のゼロ〜３００psiの圧力サイクルを含む厳しい試
験シーケンスの後、非常に低いヒステリシスを伴う明白
な高い程度の直線性が示され、これは、ダイヤフラムが
圧力により撓む際に引き起こす歪みを厚膜ピエゾ抵抗体
に忠実に伝達するための誘電体層の頑丈さを証明した。

【００５２】本発明を、好適な実施例に関して説明した
が、他の形態も当業者であれば採用することができる。
例えば当業者であれば、様々な電気絶縁組成物類を使用
して、上記に言及した合金類と異なることができるダイ
ヤフラム１２の材料のＣＴＥとほぼ整合するように、１
つ以上の誘電体層１４を形成することができることを理
解するだろう。その上、積層テープを、上記に説明した
インクと印刷の方法の代わりに用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインターフェース層を含む圧力検
知構造の断面図である。

【図２】図１の圧力検知構造の、抵抗変化対歪みを示す
グラフである。

【図３】抵抗対様々な組成のインターフェース層の厚さ
を示すグラフである。

【図４】ゲージ率対様々な組成のインターフェース層の
厚さを示すグラフである。

【図５】抵抗対様々な厚さと組成とを持つインターフェ
ース層の温度を示すグラフである。

【図６】正規化センサー出力対圧力センサーダイヤフラ
ムに加えた圧力を示すグラフであり、このダイヤフラム
は３０４Ｌステンレス鋼から形成され、絶縁層組成物Ｅ
ＳＬＤ−４９１４とＱＭ４４とを含み、各々様々なイ
ンターフェース層を組み合わせたものである。

【図７】正規化センサー出力対圧力センサーダイヤフラ
ムに加えた圧力を示すグラフであり、このダイヤフラム
は３０４Ｌステンレス鋼から形成され、インターフェー
ス層を含み、絶縁層組成物ＥＳＬＤ−４９１４とＱＭ
４４との場合にＴＣＧＦ値約±１７０ppm／℃以内を与
える。

【図８】圧力センサーダイヤフラムの温度への正規化ゲ
インの依存関係を示すグラフであり、このダイヤフラム
は３０４Ｌステンレス鋼から形成され、インターフェー
ス層を含み、絶縁層組成物ＥＳＬＤ−４９１４とＱＭ
４４との場合にＴＣＧＦ値約±１７０ppm／℃以内を与
える。

【図９】圧力センサーダイヤフラムの温度への正規化ゲ
インの依存関係を示すグラフであり、このダイヤフラム
は３０４Ｌと４３０Ｓ１７ステンレス鋼から形成さ
れ、インターフェース層を含み、絶縁層組成物ＥＳＬ
Ｄ−４９１４の場合にＴＣＧＦ値約±１７０ppm／℃以
内を与える。

【図１０】正規化センサー出力対圧力センサーダイヤフ
ラムに加えた圧力を示すグラフであり、このダイヤフラ
ムは３０４Ｌと４３０Ｓ１７ステンレス鋼から形成さ
れ、インターフェース層を含み、絶縁層組成物ＥＳＬ
Ｄ−４９１４の場合にＴＣＧＦ値約±１７０ppm／℃以
内を与える。

【図１１】圧力センサーダイヤフラムに対する１８０万
回の圧力サイクル後の正規化出力電圧のヒステリシスを
示すグラフであり、このダイヤフラムは３０４Ｌステン
レス鋼から形成され、絶縁層ＥＳＬＤ−４９１４とイ
ンターフェース層インク＃６とを含む。

【図１２】圧力センサーダイヤフラムに対する１８０万
回の圧力サイクル後の正規化出力電圧のヒステリシスを
示すグラフであり、このダイヤフラムは４３０Ｓ１７
ステンレス鋼から形成され、絶縁層ＥＳＬＤ−４９１
４とインターフェース層インク＃４とを含む。

【符号の説明】

１０検知構造１２金属ダイヤフラム１４誘電体層１６インターフェース層１８ピエゾ抵抗体２０接触

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−350218（ＪＰ，Ａ) 特開平５−74602（ＪＰ，Ａ) 特開平６−188470（ＪＰ，Ａ) 特開平９−298324（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/06 H01L 41/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板（１２）と、該基板（１２）上の少
なくとも１つの電気絶縁層（１４）と、該電気絶縁層
（１４）上のインターフェース層（１６）と、該インタ
ーフェース層（１６）上の厚膜ピエゾ抵抗体（１８）と
を備え、前記インターフェース層（１６）は、細かく分
割し、ガラスマトリックス中に懸濁させた粒子状アルミ
ナと粒子状酸化亜鉛とを含む組成物を有し、前記インタ
ーフェース層（１６）は前記ピエゾ抵抗体（１８）を前
記電気絶縁層（１４）から分離しかつ前記電気絶縁層
（１４）中の構成成分が前記ピエゾ抵抗体（１８）中に
拡散するのを抑止することを特徴とする検知構造（１
０）。
【請求項２】前記ガラスマトリックスは鉛−アルミナ
−ホウケイ酸塩ガラスであることを特徴とする請求項１
に記載の検知構造。
【請求項３】前記ガラスマトリックスは、酸化鉛と、
アルミナと、酸化ホウ素と、シリカと、チタニア、酸化
第二銅、一酸化マンガン及び酸化コバルトからなる群か
ら選択される１種類以上の酸化物類と、を含むことを特
徴とする請求項１に記載の検知構造。
【請求項４】前記電気絶縁層（１４）は金属酸化物類
を含む組成物を有することを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１項に記載の検知構造。
【請求項５】前記基板（１２）は鋼合金であることを
特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検知構
造。
【請求項６】前記インターフェース層（１６）は、重
量％単位で、約１５％〜約３５％のアルミナと、約３％
〜約６％の酸化亜鉛と、約３４％〜約５３％のガラスフ
リット混合物とを含み、残余は有機媒体であるインク組
成物から焼成されることを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか１項に記載の検知構造。
【請求項７】前記ガラスフリット混合物は、重量％単
位で、約５０％〜約７４％の酸化鉛と、酸化ホウ素源と
して約１０％〜約２５％のホウ酸と、約８％〜約２６％
のシリカと、最高約１２％までのアルミナと、最高約３
％までのチタニアと、酸化第二銅、一酸化マンガン源と
して炭酸マンガン、酸化コバルト源として炭酸コバルト
からなる群から選択される少なくとも１種類の最高８％
までの材料とを含むことを特徴とする請求項６に記載の
検知構造。
【請求項８】前記ガラスフリット混合物はさらに、重
量％単位で、約０．５％〜約３．０％の酸化第二銅と、
約０．５％〜約４．０％の炭酸マンガンと、約３．５％
〜約４％の炭酸コバルトと、を単独でまたは組み合わせ
て含むことを特徴とする請求項７に記載の検知構造。
【請求項９】前記ガラスフリット材料は２つのガラス
フリット混合物の組み合わせから形成されることを特徴
とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の検知構造。
【請求項１０】前記検知構造はゲージ率が少なくとも
２０であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１
項に記載の検知構造。
【請求項１１】圧力センサーの検知構造において：鋼
合金ダイヤフラム（１２）と；該ダイヤフラム（１２）
上の少なくとも１つの誘電体層（１４）であって、該誘
電体層（１４）が金属酸化物類を含む組成物を有するも
のと；前記誘電体層（１４）上でかつ接触するインター
フェース誘電体層（１６）であって、該インターフェー
ス誘電体層（１６）は、細かく分割し、かつ、酸化鉛、
アルミナ、酸化ホウ素、及びシリカを含むガラスマトリ
ックス中に懸濁させた粒子状アルミナと粒子状酸化亜鉛
とを含むものと；前記インターフェース誘電体層（１
６）上にありかつ前記ダイヤフラム（１２）の撓みを検
知するための厚膜ピエゾ抵抗体（１８）とを備え；前記
インターフェース誘電体層（１６）は、前記ピエゾ抵抗
体（１８）を前記誘電体層（１４）から分離し、かつ、
前記誘電体層（１４）中の構成成分が前記ピエゾ抵抗体
（１８）中に拡散するのを抑止すること；を特徴とする
検知構造。
【請求項１２】前記インターフェース誘電体層（１
６）は、重量％単位で、約１５％〜約３５％のアルミナ
と、約３％〜約６％の酸化亜鉛と、約３４％〜約５３％
のガラスフリット混合物とを含み、残余は有機媒体であ
るインク組成物から焼成されることを特徴とする請求項
１１に記載の検知構造。
【請求項１３】前記インク組成物は、第１と第２と第
３のガラスフリット混合物からなる群から選択される１
種類以上のガラスフリット混合物を含み：前記第１のガ
ラスフリット混合物は、重量％単位で、約５３．３％の
酸化鉛と、酸化ホウ素源として約１５．１％のホウ酸
と、約１９．４％のシリカと、約８．２％のアルミナ
と、約１．０％のチタニアと、約３．０％の酸化第二銅
とを含み；前記第２のガラスフリット混合物は、重量％
単位で、約５３．３％の酸化鉛と、酸化ホウ素源として
約１５．１％のホウ酸と、約１９．４％のシリカと、約
８．２％のアルミナと、約１．０％のチタニアと、酸化
コバルト源として約３．０％の炭酸コバルトとを含み；
前記第３のガラスフリット混合物は、重量％単位で、約
５２．８％の酸化鉛と、酸化ホウ素源として約１５．０
％のホウ酸と、約１９．２％のシリカと、約８．１％の
アルミナと、約０．５％のチタニアと、約０．５％の酸
化第二銅と、一酸化マンガン源として約４．０％の炭酸
マンガンとを含む；ことを特徴とする請求項１１または
１２に記載の検知構造。
【請求項１４】前記インク組成物は、重量％単位で、
約３２．９％のアルミナと、約３．４％の酸化亜鉛と、
約２７．４％の有機媒体と、約３６．３％の第１のガラ
スフリット混合物とを含むことを特徴とする請求項１３
に記載の検知構造。
【請求項１５】前記インク組成物は、重量％単位で、
約３１．０％のアルミナと、約４．０％の酸化亜鉛と、
約２７．０％の有機媒体と、約１９．０％の第１のガラ
スフリット混合物と、約１９．０％の第２のガラスフリ
ット混合物とを含むことを特徴とする請求項１３に記載
の検知構造。
【請求項１６】前記インク組成物層は、重量％単位
で、約３４．９％のアルミナと、約５．８％の酸化亜鉛
と、約２４．７％の有機媒体と、約１７．３％の第１の
ガラスフリット混合物と、約１７．３％の第２のガラス
フリット混合物とを含むことを特徴とする請求項１３に
記載の検知構造。
【請求項１７】前記インク組成物は、重量％単位で、
約３０．０％のアルミナと、約５．０％の酸化亜鉛と、
約２７．０％の有機媒体と、約１９．０％の第１のガラ
スフリット混合物と、約１９．０％の第２のガラスフリ
ット混合物とを含むことを特徴とする請求項１３に記載
の検知構造。
【請求項１８】前記インク組成物は、重量％単位で、
約１５．０％のアルミナと、約５．０％の酸化亜鉛と、
約２７．０％の有機媒体と、約２６．５％の第１のガラ
スフリット混合物と、約２６．５％の第２のガラスフリ
ット混合物とを含むことを特徴とする請求項１３に記載
の検知構造。
【請求項１９】前記インク組成物は、重量％単位で、
約３０．０％のアルミナと、約５．０％の酸化亜鉛と、
約２７．０％の有機媒体と、約３８．０％の第３のガラ
スフリット混合物とを含むことを特徴とする請求項１３
に記載の検知構造。
【請求項２０】前記検知構造はゲージ率が２０を超え
ることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に
記載の検知構造。