JP5897940B2 - 圧力センサチップ - Google Patents

Description

この発明は、圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを用いた圧力センサチップ、例えば圧力を受けて変位する薄板状のダイアフラム上に歪抵抗ゲージを形成し、ダイアフラムに形成された歪抵抗ゲージの抵抗値変化からダイアフラムに加わった圧力を検出する圧力センサチップに関するものである。

従来より、工業用の差圧発信器（伝送器）として、圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムを用いた圧力センサチップを組み込んだ差圧発信器が用いられている。この差圧発信器は、高圧側および低圧側の受圧ダイアフラムに加えられる各測定圧を、圧力伝達媒体としての封入液によってセンサダイアフラムの一方の面および他方の面に導き、そのセンサダイアフラムの歪みを例えば歪抵抗ゲージの抵抗値変化として検出し、この抵抗値変化を電気信号に変換して取り出すように構成されている。

このような差圧発信器は、例えば石油精製プラントにおける高温反応塔等の被測定流体を貯蔵する密閉タンク内の上下２位置の差圧を検出することにより、液面高さを測定するときなどに用いられる。

図８に従来の差圧発信器の概略構成を示す。この差圧発信器１００は、センサダイアフラム（図示せず）を有する圧力センサチップ１をメータボディ２に組み込んで構成される。圧力センサチップ１におけるセンサダイアフラムは、シリコンやガラス等からなり、薄板状に形成されたダイアフラムの表面に歪抵抗ゲージが形成されている。メータボディ２は、金属製の本体部３とセンサ部４とからなり、本体部３の側面に一対の受圧部をなすバリアダイアフラム（受圧ダイアフラム）５ａ，５ｂが設けられ、センサ部４に圧力センサチップ１が組み込まれている。

メータボディ２において、センサ部４に組み込まれた圧力センサチップ１と本体部３に設けられたバリアダイアフラム５ａ，５ｂとの間は、大径のセンタダイアフラム６により隔離された圧力緩衝室７ａ，７ｂを介してそれぞれ連通され、圧力センサチップ１とバリアダイアフラム５ａ，５ｂとを結ぶ連通路８ａ，８ｂにシリコーンオイル等の圧力伝達媒体９ａ，９ｂが封入されている。

なお、シリコーンオイル等の圧力媒体が必要となるのは、センサダイアフラムに対する計測媒体中の異物付着を防ぐこと、センサダイアフラムを腐食させないため、耐食性を持つ受圧ダイアフラムと応力（圧力）感度を持つセンサダイアフラムとを分離する必要があるためである。

この差圧発信器１００では、図９(ａ)に定常状態時の動作態様を模式的に示すように、プロセスからの第１の測定圧Ｐａがバリアダイアフラム５ａに印加され、プロセスからの第２の測定圧Ｐｂがバリアダイアフラム５ｂに印加される。これにより、バリアダイアフラム５ａ，５ｂが変位し、その加えられた圧力Ｐａ，Ｐｂがセンタダイアフラム６により隔離された圧力緩衝室７ａ，７ｂを介し、圧力伝達媒体９ａ，９ｂを通して、圧力センサチップ１のセンサダイアフラムの一方の面および他方の面にそれぞれ導かれる。この結果、圧力センサチップ１のセンサダイアフラムは、その導かれた圧力Ｐａ，Ｐｂの差圧ΔＰに相当する変位を呈することになる。

これに対して、例えば、バリアダイアフラム５ａに過大圧Ｐoverが加わると、図９(ｂ)に示すようにバリアダイアフラム５ａが大きく変位し、これに伴ってセンタダイアフラム６が過大圧Ｐoverを吸収するように変位する。そして、バリアダイアフラム５ａがメータボディ２の凹部１０ａの底面（過大圧保護面）に着底し、その変位が規制されると、バリアダイアフラム５ａを介するセンサダイアフラムへのそれ以上の差圧ΔＰの伝達が阻止される。バリアダイアフラム５ｂに過大圧Ｐoverが加わった場合も、バリアダイアフラム５ａに過大圧Ｐoverが加わった場合と同様にして、バリアダイアフラム５ｂがメータボディ２の凹部１０ｂの底面（過大圧保護面）に着底し、その変位が規制されると、バリアダイアフラム５ｂを介するセンサダイアフラムへのそれ以上の差圧ΔＰの伝達が阻止される。この結果、過大圧Ｐoverの印加による圧力センサチップ１の破損、すなわち圧力センサチップ１におけるセンサダイアフラムの破損が未然に防止される。

この差圧発信器１００では、メータボディ２に圧力センサチップ１を内包させているので、プロセス流体など外部腐食環境から圧力センサチップ１を保護することができる。しかしながら、センタダイアフラム６やバリアダイアフラム５ａ，５ｂの変位を規制するための凹部１０ａ，１０ｂを備え、これらによって圧力センサチップ１を過大圧Ｐoverから保護する構造をとっているので、その形状が大型化することが避けられない。

そこで、圧力センサチップに第１のストッパ部材および第２のストッパ部材を設け、この第１のストッパ部材および第２のストッパ部材の凹部をセンサダイアフラムの一方の面および他方の面に対峙させることによって、過大圧が印加された時のセンサダイアフラムの過度な変位を阻止し、これによってセンサダイアフラムの破損・破壊を防止する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０に特許文献１に示された構造を採用した圧力センサチップの概略を示す。同図において、１１−１はセンサダイアフラム、１１−２および１１−３はセンサダイアフラム１１−１を挟んで接合された第１および第２のストッパ部材、１１−４および１１−５はストッパ部材１１−２および１１−３に接合された台座である。ストッパ部材１１−２，１１−３や台座１１−４，１１−５はシリコンやガラスなどにより構成されている。

この圧力センサチップ１１において、ストッパ部材１１−２，１１−３には凹部１１−２ａ，１１−３ａが形成されており、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａをセンサダイアフラム１１−１の一方の面に対峙させ、ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａをセンサダイアフラム１１−１の他方の面に対峙させている。凹部１１−２ａ，１１−３ａは、センサダイアフラム１１−１の変位に沿った曲面（非球面）とされており、その頂部に圧力導入孔１１−２ｂ，１１−３ｂが形成されている。また、台座１１−４，１１−５にも、ストッパ部材１１−２，１１−３の圧力導入孔１１−２ｂ，１１−３ｂに対応する位置に、圧力導入孔１１−４ａ，１１−５ａが形成されている。

このような圧力センサチップ１１を用いると、センサダイアフラム１１−１の一方の面に過大圧が印加されてセンサダイアフラム１１−１が変位したとき、その変位面の全体がストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａの曲面によって受け止められる。また、センサダイアフラム１１−１の他方の面に過大圧が印加されてセンサダイアフラム１１−１が変位したとき、その変位面の全体がストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａの曲面によって受け止められる。

これにより、センサダイアフラム１１−１に過大圧が印加された時の過度な変位が阻止され、センサダイアフラム１１−１の周縁部に応力集中が生じないようにして、過大圧の印加によるセンサダイアフラム１１−１の不本意な破壊を効果的に防ぎ、その過大圧保護動作圧力（耐圧）を高めることが可能となる。また、図８に示された構造において、センタダイアフラム６や圧力緩衝室７ａ，７ｂをなくし、バリアダイアフラム５ａ，５ｂからセンサダイアフラム１１−１に対して直接的に測定圧Ｐａ，Ｐｂを導くようにして、メータボディ２の小型化を図ることが可能となる。

特開２００５−６９７３６号公報

しかしながら、図１０に示された圧力センサチップ１１の構造において、ストッパ部材１１−２および１１−３は、センサダイアフラム１１−１の一方の面および他方の面に、その周縁部１１−２ｃおよび１１−３ｃの全面を接合させている。すなわち、ストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａを囲む周縁部１１−２ｃをセンサダイアフラム１１−１の一方の面に対面させ、この対面する周縁部１１−２ｃの全領域をセンサダイアフラム１１−１の一方の面に直接接合している。また、ストッパ部材１１−３の凹部１１−３ａを囲む周縁部１１−３ｃをセンサダイアフラム１１−１の他方の面に対面させ、この対面する周縁部１１−３ｃの全領域をセンサダイアフラム１１−１の他方の面に直接接合している。

このような構造の場合、片側から圧力が印加されセンサダイアフラム１１−１が撓んだ際に、引っ張り応力が最も発生する圧力が印加された側のセンサダイアフラム１１−１のエッジ付近（図１０中の一点鎖線で囲んだ部位）が両面とも拘束状態にあるため、その箇所に応力集中が発生し、期待される耐圧が確保できないという問題があった。

更に、ストッパ部材１１−２，１１−３の凹部１１−２ａ，１１−３ａの開口サイズに製作上のズレがあると、センサダイアフラム１１−１の拘束箇所に位置ずれが生じるため、その影響で応力集中がより顕著になる場合がある。この場合、センサダイアフラム１１−１の着底異常に伴う応力集中も重なり、更なる耐圧低下となってしまう虞がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、センサダイアフラムの拘束による応力発生を低減し、期待される耐圧を確保することが可能な圧力センサチップを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムと、このセンサダイアフラムの一方の面および他方の面にその周縁部を対面させて接合された第１および第２の保持部材とを備えた圧力センサチップにおいて、第１の保持部材の周縁部は、センサダイアフラムの一方の面と対面する領域のうち、外周側の領域がセンサダイアフラムの一方の面との接合領域とされ、内周側の領域がセンサダイアフラムの一方の面との非接合領域とされ、センサダイアフラムは、第１の保持部材の周縁部の非接合領域より更に内側が感圧領域とされ、第１の保持部材の周縁部の非接合領域は、センサダイアフラムの一方の面に接してはいるが接合はされていない領域とされていることを特徴とする。

この発明によれば、センサダイアフラムの一方の面に高圧がかかった場合、センサダイアフラムは第１の保持部材の周縁部との非接合領域で第１の保持部材から拘束による過渡な引っ張り応力が生じることなく撓むことができるので、この部分に生じる応力を低減させることが可能となる。

本発明において、センサダイアフラム上で高圧側の測定圧を受ける面が必ず決まっている場合には、センサダイアフラムの一方の面を高圧側の測定圧の受圧面とし、他方の面を低圧側の測定圧の受圧面とする。すなわち、センサダイアフラム上で高圧側の測定圧を受ける面が必ず決まっている場合には、センサダイアフラムの一方の面を高圧側の測定圧の受圧面とし、このセンサダイアフラムの一方の面に接合する第１の保持部材の周縁部の外側の領域を接合領域とし、内側の領域を非接合領域とする。

本発明において、第２の保持部材の周縁部についても、第１の保持部材の周縁部と同様に、センサダイアフラムの他方の面と対面する領域のうち、外周側の領域をセンサダイアフラムの他方の面との接合領域とし、内周側の領域をセンサダイアフラムの他方の面との非接合領域としてもよい。このようにすると、センサダイアフラムのどちらの面が高圧側の測定圧の受圧面となっても、センサダイアフラムは高圧側の保持部材の周縁部との非接合領域でその保持部材から拘束による過渡な引っ張り応力が生じることなく撓むことができるので、この部分に生じる応力を低減させることが可能となる。

本発明において、第１の保持部材の周縁部の非接合領域は、例えばプラズマや薬液などにより表面を荒らすなどして、センサダイアフラムの一方の面に接してはいるが接合はされていない領域とする。

また、本発明において、第１の保持部材や第２の保持部材は、過大圧が印加された時のセンサダイアフラムの過度な変位を阻止する凹部を備えたストッパ部材とすることが好ましいが、必ずしもそのような凹部を備えていなくてもよく、センサダイアフラムを保持するだけの単なる保持部材であってもよい。

本発明によれば、センサダイアフラムの一方の面と対面する第１の保持部材の周縁部の領域のうち、外周側の領域をセンサダイアフラムの一方の面との接合領域とし、内周側の領域をセンサダイアフラムの一方の面との非接合領域とし、センサダイアフラムの第１の保持部材の周縁部の非接合領域より更に内側を感圧領域とし、さらに、第１の保持部材の周縁部の非接合領域をセンサダイアフラムの一方の面に接してはいるが接合はされていない領域とするようにしたので、センサダイアフラムの拘束による応力発生を低減し、期待される耐圧を確保することが可能となる。

本発明に係る圧力センサチップの一実施の形態（実施の形態１）の概略を示す図である。 この圧力センサチップにおけるダイアフラム有効径に対する非接合幅の割合（％）と発生応力（％）との関係を示す図である。 本発明に係る圧力センサチップの実施の形態２の概略を示す図である。 本発明に係る圧力センサチップの実施の形態３の概略を示す図である。 本発明に係る圧力センサチップの実施の形態４の概略を示す図である。 本発明に係る圧力センサチップの実施の形態５の概略を示す図である。 実施の形態５におけるストッパ部材の周縁部のダイアフラム厚みに対する段差の割合（％）と破壊応力に対する最大主応力の割合（％）との関係を示す図である。 従来の差圧発信器の概略構成を示す図である。 この差圧発信器の動作態様を模式的に示す図である。 特許文献１に示された構造を採用したセンサチップの概略を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１はこの発明に係る圧力センサチップの一実施の形態（実施の形態１）の概略を示す図である。同図において、図１０と同一符号は図１０を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。なお、この実施の形態では、圧力センサチップを符号１１Ａで示し、図１０に示された圧力センサチップ１１と区別する。

この圧力センサチップ１１Ａにおいて、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃは、センサダイアフラム１１−１の一方の面と対面する領域Ｓ１のうち、外周側の領域Ｓ１ａがセンサダイアフラム１１−１の一方の面との接合領域とされ、内周側の領域Ｓ１ｂがセンサダイアフラム１１−１の一方の面との非接合領域とされている。また、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃは、センサダイアフラム１１−１の他方の面と対面する領域Ｓ２のうち、外周側の領域Ｓ２ａがセンサダイアフラム１１−１の他方の面との接合領域とされ、内周側の領域Ｓ２ｂがセンサダイアフラム１１−１の他方の面との非接合領域とされている。

ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの外周側の領域Ｓ１ａは、センサダイアフラム１１−１の一方の面に直接接合されることによって接合領域とされ、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの外周側の領域Ｓ２ａは、センサダイアフラム１１−１の他方の面に直接接合されることによって接合領域とされている。以下、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの外周側の領域Ｓ１ａを接合領域Ｓ１ａと呼び、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの外周側の領域Ｓ２ａを接合領域Ｓ２ａと呼ぶ。

ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの内周側の領域Ｓ１ｂは、プラズマや薬液などにより表面を荒らすなどして、センサダイアフラム１１−１の一方の面に接してはいるが、接合はされてない非接合領域とされている。ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの内周側の領域Ｓ２ｂも、プラズマや薬液などにより表面を荒らすなどして、センサダイアフラム１１−１の他方の面に接してはいるが、接合はされてない非接合領域とされている。以下、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの内周側の領域Ｓ１ｂを非接合領域Ｓ１ｂと呼び、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの内周側の領域Ｓ２ｂを非接合領域Ｓ２ｂと呼ぶ。

そして、センサダイアフラム１１−１の上面の非接合領域Ｓ１ｂより更に内側がダイアフラムの感圧領域Ｄ１であり、同様に、センサダイアフラム１１−１の下面の非接合領域Ｓ２ｂより更に内側がダイアフラムの感圧領域Ｄ２である。このダイアフラムの感圧領域Ｄ１ではストッパ部材１１−２に対向する面に一方の測定圧Ｐａがかかるとともに、ダイアフラムの感圧領域Ｄ２ではストッパ部材１１−３に対向する面にもう一方の測定圧Ｐｂがかかる。なお、感圧領域Ｄ１及びＤ２の直径がダイアフラムの有効径である。

この圧力センサチップ１１Ａにおいて、測定圧Ｐａを高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐｂを低圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の一方の上面の感圧領域Ｄ１に高圧側の測定圧Ｐａがかかると、センサダイアフラム１１−１はストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃとの非接合領域Ｓ１ｂでストッパ部材１１−２から拘束による過渡な引っ張り応力が生じることなく撓むことができるので、この部分に生じる応力が低減されるものとなる。

また、この圧力センサチップ１１Ａにおいて、測定圧Ｐｂを高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐａを低圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の他方の下面の感圧領域Ｄ２に高圧側の測定圧Ｐｂがかかると、センサダイアフラム１１−１はストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃとの非接合領域Ｓ２ｂでストッパ部材１１−３から拘束による過渡な引っ張り応力が生じることなく撓むことができるので、この部分に生じる応力が低減されるものとなる。

この圧力センサチップ１１Ａにおいて、所定厚さのセンサダイアフラム１１−１の感圧領域Ｄ１のダイアフラム有効径に対する非接合領域Ｓ１ｂの割合、および所定厚さのセンサダイアフラム１１−１の感圧領域Ｄ２のダイアフラム有効径に対する非接合領域Ｓ２ｂの割合は、図２に示すダイアフラム有効径に対する非接合幅の割合（％）と発生応力（％）との関係から、所定の割合以上として定められている。

図２において、縦軸は従来の非接合幅ゼロ構造（非接合領域ゼロ構造）での発生応力を１００％として表した発生応力（％）を示す軸、横軸は感圧領域のダイアフラム有効径に対する非接合幅（非接合領域の幅）の割合（％）を示す軸である。この図２に示されたグラフは実験により求められたものである。このグラフから、非接合幅を広くすると、発生応力が減少して行くことが分かる。この例では、感圧領域のダイアフラム有効径に対する非接合幅の割合が２％以上となると、発生応力が４０％まで減少している。このことから、図１に示した圧力センサチップ１１Ａでは、感圧領域のダイアフラム有効径に対する非接合幅の割合を２％以上として定めている。

このようにして、本実施の形態の圧力センサチップ１１Ａでは、センサダイアフラム１１の拘束による応力発生を低減させ、期待される耐圧を確保することができるようになる。更に、この圧力センサチップ１１Ａでは、ストッパ部材１１−２，１１−３の凹部１１−２ａ，１１−３ａの開口サイズのズレによるセンサダイアフラム１１−１の拘束箇所の位置ずれが解消されるため、これによる応力増加および着底異常による応力発生についても大幅に改善されるものとなる。

〔実施の形態２〕
実施の形態１では、センサダイアフラム１１−１の両面にストッパ部材を設けるようにしたが、センサダイアフラム１１−１上で高圧側の測定圧を受ける面が必ず決まっているような場合には、高圧側の測定圧を受ける面とは反対側の面（低圧側の測定圧を受ける面）にのみストッパ部材を設けるようにし、高圧側の測定圧を受ける面には単なる保持部材を設けるようにしてもよい。このような圧力センサチップの構造を図３に実施の形態２として示す。

この圧力センサチップ１１Ｂでは、測定圧Ｐｂが高圧側の測定圧として必ず決まっており、低圧側の測定圧Ｐａを受けるセンサダイアフラム１１−１の一方の面にのみストッパ部材１１−２を設け、高圧側の測定圧Ｐｂを受けるセンサダイアフラム１１−１の他方の面には単なる保持部材１１−６を設けている。すなわち、ストッパ部材１１−２はセンサダイアフラム１１−１の変位に沿った曲面とされた凹部１１−２ａを有しているが、保持部材１１−６の凹部１１−６ａはそのような曲面は有しておらず、過大圧を保護する部材としては機能しない。

また、この圧力センサチップ１１Ｂにおいて、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃは、その全面がセンサダイアフラム１１−１の一方の面に直接接合されているのに対し、保持部材１１−６の周縁部１１−６ｃは、センサダイアフラム１１−１の他方の面と対面する領域Ｓ３のうち、外周側の領域Ｓ３ａがセンサダイアフラム１１−１の他方の面との接合領域とされ、内周側の領域Ｓ３ｂがセンサダイアフラム１１−１の他方の面との非接合領域とされている。

この圧力センサチップ１１Ｂでは、測定圧Ｐｂが高圧側の測定圧として必ず決まっているので、センサダイアフラム１１−１はストッパ部材１１−２の凹部１１−２ａ側にしか撓まない。この場合、センサダイアフラム１１−１は、保持部材１１−６の周縁部１１−６ｃとの非接合領域Ｓ３ｂで保持部材１１−６から拘束による過渡な引っ張り応力が生じることなく撓むことができるので、この部分に生じる応力が低減されるものとなる。

〔実施の形態３〕
実施の形態１では、センサダイアフラム１１−１の両面にストッパ部材を設けるようにしたが、センサダイアフラム１１−１の両面に対する過大圧保護機能をなくし、センサダイアフラム１１−１の両面に単なる保持部材を設けるようにしてもよい。このような圧力センサチップの構造を図４に実施の形態３として示す。

この圧力センサチップ１１Ｃでは、センサダイアフラム１１−１の一方の面に保持部材１１−７を設け、センサダイアフラム１１−１の他方の面に保持部材１１−６を設けている。すなわち、保持部材１１−６，１１−７の凹部１１−６ａ，１１−７ａはセンサダイアフラム１１−１の変位に沿った曲面は有しておらず、過大圧を保護する部材としては機能しない。

また、この圧力センサチップ１１Ｃにおいて、保持部材１１−６の周縁部１１−６ｃは、センサダイアフラム１１−１の他方の面と対面する領域Ｓ３のうち、外周側の領域Ｓ３ａがセンサダイアフラム１１−１の他方の面との接合領域とされ、内周側の領域Ｓ３ｂがセンサダイアフラム１１−１の他方の面との非接合領域とされている。また、保持部材１１−７の周縁部１１−７ｃは、センサダイアフラム１１−１の一方の面と対面する領域Ｓ４のうち、外周側の領域Ｓ４ａがセンサダイアフラム１１−１の一方の面との接合領域とされ、内周側の領域Ｓ４ｂがセンサダイアフラム１１−１の一方の面との非接合領域とされている。

この圧力センサチップ１１Ｃにおいて、測定圧Ｐａを高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐｂを低圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の一方の面に高圧側の測定圧Ｐａがかかると、センサダイアフラム１１−１は保持部材１１−６の周縁部１１−６ｃとの非接合領域Ｓ４ｂで保持部材１１−６から拘束による過渡な引っ張り応力が生じることなく撓むことができるので、この部分に生じる応力が低減されるものとなる。

また、この圧力センサチップ１１Ｃにおいて、測定圧Ｐｂを高圧側の測定圧とし、測定圧Ｐａを低圧側の測定圧とした場合、センサダイアフラム１１−１の他方の面に高圧側の測定圧Ｐｂがかかると、センサダイアフラム１１−１は保持部材１１−６の周縁部１１−６ｃとの非接合領域Ｓ３ｂで保持部材１１−６から拘束による過渡な引っ張り応力が生じることなく撓むことができるので、この部分に生じる応力が低減されるものとなる。

〔実施の形態４〕
実施の形態３では、保持部材１１−６，１１−７に凹部１１−６ａ，１１−７ａを設けるようしたが、凹部１１−６ａ，１１−７ａをなくしてもよい。図５に凹部１１−６ａ，１１−７ａをなくした保持部材１１−６’，１１−７’を用いた圧力センサチップ１１Ｄの構造を実施の形態４として示す。

〔実施の形態５〕
実施の形態１では、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの非接合領域Ｓ１ｂやストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの非接合領域Ｓ２ｂをプラズマや薬液などにより表面を荒らすなどして形成するようにしたが、センサダイアフラム１１−１の厚みに対して所定の割合以下として定められた微小な段差として形成するようにしてもよい。このような圧力センサチップの構造を図６に実施の形態５として示す。

図６に示した圧力センサチップ１１Ｅでは、ストッパ部材１１−２の周縁部１１−２ｃの非接合領域Ｓ１ｂを段差ｈ１とし、センサダイアフラム１１−１の一方の面とは接触しない領域としている。また、ストッパ部材１１−３の周縁部１１−３ｃの非接合領域Ｓ２ｂを段差ｈ２とし、センサダイアフラム１１−１の他方の面とは接触しない領域としている。

このストッパ部材１１−２，１１−３の周縁部１１−２ｃ，１１−３ｃの非接合領域Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂを形成する段差ｈ１，ｈ２は、図７に示すダイアフラム厚みに対する段差の割合（％）と破壊応力に対する最大主応力の割合（％）との関係から、センサダイアフラム１１−１の厚みに対して所定の割合以下の微小な段差として定められている。

図７において、縦軸は破壊応力に対する最大主応力の割合（％）を示す軸であり、母材強度の理論値を１００％に設定している。横軸はダイアフラム厚みに対する段差の割合（％）を示す軸である。この図７に示されたグラフは実験により求められたものである。このグラフから、ダイアフラムの厚みに対する段差の割合を大きくすると、破壊応力に対する最大主応力の割合が増加して行くことが分かる。この例では、ダイアフラムの厚みに対する段差の割合を１．９５％とした時に、破壊応力に対する最大主応力の割合が１００％となっている。このことから、本実施の形態では、ダイアフラムの厚みに対する段差の割合を１．９５％未満として定めている。例えば、センサダイアフラム１１−１の厚みを３０μｍとした場合、段差ｈ１，ｈ２の許容限界値は約０．６μｍ（解析値）となる。

なお、上述した実施の形態では、センサダイアフラム１１−１を圧力変化に応じて抵抗値が変化する歪抵抗ゲージを形成したタイプとしているが、静電容量式のセンサチップとしてもよい。静電容量式のセンサチップは、所定の空間（容量室）を備えた基板と、その基板の空間上に配置されたダイアフラムと、基板に形成された固定電極と、ダイアフラムに形成された可動電極とを備えている。ダイアフラムが圧力を受けて変形することで、可動電極と固定電極との間隔が変化してその間の静電容量が変化する。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、各実施の形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１１Ａ〜１１Ｅ…圧力センサチップ、１１−１…センサダイアフラム、１１−２，１１−３…ストッパ部材、１１−２ａ，１１−３ａ…凹部、１１−２ｂ，１１−３ｂ…圧力導入孔、１１−３ｃ，１１−３ｃ…周縁部、Ｓ１ａ，Ｓ２ａ…外周側の領域（接合領域）、Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ…内周側の領域（非接合領域）、Ｄ１，Ｄ２…感圧領域、１１−４，１１−５…台座、１１−６，１１−６’，１１−７，１１−７’…保持部材、１１−６ａ，１１−７ａ…凹部、１１−６ｂ，１１−７ｂ…圧力導入孔、１１−６ｃ，１１−７ｃ…周縁部、Ｓ３ａ，Ｓ４ａ…外周側の領域（接合領域）、Ｓ３ｂ，Ｓ４ｂ…内周側の領域（非接合領域）、ｈ１，ｈ２…段差。

Claims (4)

1. 圧力差に応じた信号を出力するセンサダイアフラムと、このセンサダイアフラムの一方の面および他方の面にその周縁部を対面させて接合された第１および第２の保持部材とを備えた圧力センサチップにおいて、
   前記第１の保持部材の周縁部は、
   前記センサダイアフラムの一方の面と対面する領域のうち、外周側の領域が前記センサダイアフラムの一方の面との接合領域とされ、内周側の領域が前記センサダイアフラムの一方の面との非接合領域とされ、
   前記センサダイアフラムは、
   前記第１の保持部材の周縁部の非接合領域より更に内側が感圧領域とされ、
   前記第１の保持部材の周縁部の非接合領域は、
   前記センサダイアフラムの一方の面に接してはいるが接合はされていない領域とされている
   ことを特徴とする圧力センサチップ。
2. 請求項１に記載された圧力センサチップにおいて、
   前記センサダイアフラムは、
   前記一方の面が高圧側の測定圧の受圧面とされ、
   前記他方の面が低圧側の測定圧の受圧面とされている
   ことを特徴とする圧力センサチップ。
3. 請求項１に記載された圧力センサチップにおいて、
   前記第２の保持部材の周縁部は、
   前記センサダイアフラムの他方の面と対面する領域のうち、外周側の領域が前記センサダイアフラムの他方の面との接合領域とされ、内周側の領域が前記センサダイアフラムの他方の面との非接合領域とされている
   ことを特徴とする圧力センサチップ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載された圧力センサチップにおいて、
   前記第１の保持部材もしくは前記第２の保持部材は、
   前記センサダイアフラムに過大圧が印加された時の当該センサダイアフラムの過度な変位を阻止する凹部を備えている
   ことを特徴とする圧力センサチップ。

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