JP6579965B2 - 圧力センサ - Google Patents

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。

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、平面視長方形状の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

上述したように、サニタリー用圧力センサは、ダイアフラムの変化を半導体チップに伝達することで圧力を検知している。しかしながら、サニタリー用圧力センサにおいて、ダイアフラムの変化は、ダイアフラムの受圧面に測定対象の流体からの圧力が加わった場合のみならず、温度が変化した場合においても発生する。

例えば、特許文献１に示されるような、ひずみゲージを構成する抵抗が形成されたＳｉから成る半導体チップと、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から成るダイアフラムと、半導体チップの抵抗が形成される主面がダイアフラムと平行となるようにダイアフラム上で半導体チップを支持する棒状の支持部材とが、ＳＵＳから成るハウジングに収容された圧力センサの場合、ダイアフラムは、温度が上昇すると、ハウジングの熱膨張により平面方向に引っ張られて変形する。これに対し、Ｓｉから成る半導体チップは、ＳＵＳから成るダイアフラムおよびハウジングよりも熱膨張率が小さいため、ダイアフラムに比べて温度変化による変形は少ない。その結果、温度変化に伴うダイアフラムと半導体チップとの変位差に応じた応力が半導体チップに発生し、ひずみゲージを構成する抵抗が変化してセンサ出力が変化してしまう。

このように、半導体チップと熱膨張率の異なる材料から成るハウジングによってダイアフラムを固定し、ひずみゲージが形成される半導体チップの主面がダイアフラムと平行となるように半導体チップをダイアフラム上で支持する構造の圧力センサでは、ダイアフラムの受圧面に測定対象の流体からの圧力が加わっていない場合であっても、温度変化によってひずみゲージを構成する抵抗が変化し、センサ出力に誤差が生じる。

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、圧力センサにおいて、温度変化に伴うセンサ出力の誤差を低減することにある。

本発明に係る圧力センサ（１００）は、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）とを有するダイアフラム（３）と、ひずみゲージを構成する複数の抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）から成るブリッジ回路（１１）が形成された平面視矩形状の半導体チップ（１）と、平面視で第２主面におけるダイアフラムの中心（３０）に垂設され、半導体チップを支持する棒状の第１支持部材（２ａ）と、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わったときにダイアフラムが変形する第２主面の領域に第１支持部材と離間して垂設され、半導体チップを支持する少なくとも２つの棒状の第２支持部材（２ｂ，２ｃ）とを有し、半導体チップは、第１支持部材および第２支持部材の夫々の側面に接合され、ブリッジ回路において互いに直接接続されない２組の抵抗のうち、一方の組の抵抗（Ｒ１，Ｒ３）は、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わったときに半導体チップにおいて引張応力が発生する第１領域（２０１）に形成され、他方の組の抵抗（Ｒ２，Ｒ４）は、第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が第１主面に加わったときに半導体チップにおいて圧縮応力が発生する第２領域（２０２）に形成されていることを特徴とする。

上記圧力センサにおいて、上記一方の組の抵抗（Ｒ１，Ｒ３）は、上記第１領域において平面視で半導体チップの中心（１０）を通り第２主面と垂直な直線（１０Ｚ）に対して線対称に夫々形成され、上記他方の組の抵抗（Ｒ２，Ｒ４）は、上記第２領域において平面視で上記直線に対して線対称に形成されていてもよい。

上記圧力センサにおいて、上記抵抗は、平面視で上記直線（１０Ｚ）と垂直な方向に夫々延在していてもよい。

上記圧力センサにおいて、上記抵抗は、平面視で上記直線（１０Ｚ）と平行な方向に夫々延在していてもよい。

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、圧力センサにおいて、温度変化に伴うセンサ出力の誤差を低減することが可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る圧力センサの構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る圧力センサの構成を示す断面図である。 図４は、流体からの圧力によってダイアフラムが変形したときの支持部材の変位を模式的に示した図である。 図５は、流体からの圧力によってダイアフラムが変形したときの半導体チップ１に発生するＸ軸方向の応力の分布のシミュレーション結果を示す図である。 図６は、流体からの圧力によってダイアフラムが変形したときの半導体チップ１に発生するＺ軸方向の応力の分布のシミュレーション結果を示す図である。 図７は、温度の変化によってダイアフラムが変形したときの支持部材の変位を模式的に示した図である。 図８は、温度変化によってダイアフラムが変形したときの半導体チップに発生するＸ軸方向の応力の分布のシミュレーション結果を示す図である。 図９は、温度変化によってダイアフラムが変形したときの半導体チップに発生するＺ軸方向の応力の分布のシミュレーション結果を示す図である。 図１０は、ブリッジ回路の構成を示す図である。 図１１は、ブリッジ回路を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ４の半導体チップ上の配置例を示す図である。 図１２は、ブリッジ回路を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ４の半導体チップ上の別の配置例を示す図である。

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。

〈圧力センサ１００の構成〉
図１〜３は、本発明の一実施の形態に係る圧力センサの構成を示す図である。
図１には、実施の形態に係る圧力センサ１００の斜視図が示され、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。なお、図１では、圧力センサ１００の１８０度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、支持部材２ａ，２ｂ，２ｃ、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、および支持部材２ａ，２ｂ，２ｃ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。

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および支持部材２ａ，２ｂ，２ｃ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。本実施の形態では、一例として、ダイアフラム３およびハウジング４がＳＵＳから構成されているものとして説明する。

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および支持部２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。

半導体チップ１は、平面視矩形状（例えば長方形状）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た主面１Ａと、主面１Ａの反対側の面であって、支持部材２が接合される裏面１Ｂとを有している。上記ひずみゲージの詳細については後述する。

なお、図２では、半導体チップ１の裏面１Ｂにおける支持部材２ａ，２ｂ，２ｃとの接合部分が、半導体チップ１の他の部分に比べてＹ方向に厚肉状に形成されている場合を例示しているが、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。

支持部材２ａ，２ｂ，２ｃ（総称する場合には、単に「支持部材２」と表記することがある。）は、支持面３Ｂにおいてダイアフラム３の径上に例えば等間隔に並んで配置され、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構造体である。

支持部材２は、棒状（例えば角柱状）に形成されている。より好ましくは、図１〜３に示されるように四角柱状に形成されている。また、支持部材２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２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。支持部材２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、平面視で支持面３Ｂにおけるダイアフラム３の中心３０に垂設され、半導体チップ１を支持する。具体的に、支持部材２ａは、図１〜３に示されるように、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、他端側の側面（Ｙ軸と垂直な面）において半導体チップ１の裏面１Ｂの中心部分に接合されている。

なお、支持部材２ａは、ダイアフラム３の支持面３Ｂにおいて支持部材２ａ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、支持部材２ａ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。具体的には、ダイアフラム３の半径を“ｒ”としたとき、例えば中心３０を中心とした半径“ｒ＋１０％”の円の内側の範囲内に支持部材２ａの底面の中心が配置されていればよい。

支持部材２ｂ，２ｃ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が変形する支持面３Ｂの領域に支持部材２ａと離間して夫々垂設され、半導体チップ１を夫々支持する。具体的には、支持部材２ｂおよび支持部材２ｃは、支持部材２ａを挟んで点対称の位置に夫々配置されている。

より具体的には、図１〜３に示されるように、支持部材２ａ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から離れた位置に接合され、他端側の側面（Ｙ軸と垂直な面）において半導体チップ１の裏面１Ｂの一方の短辺側の端部に接合されている。

また、支持部材２ｃは、図１〜３に示されるように、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に対して支持部材２ｂと点対称の位置に接合され、他端側の側面（Ｙ軸と垂直な面）において半導体チップ１の裏面１Ｂの他方の短辺側の端部に接合されている。

支持部材２ａ，２ｂ，２ｃは、例えば、夫々の高さ（Ｚ軸方向の長さ）が等しく形成されており、半導体チップ１の主面１Ａと支持面３Ｂとが平行となるように支持面３Ｂにおいて半導体チップ１を支持している。

〈圧力センサ１００の動作原理〉
次に、圧力センサ１００の動作原理について説明する。
先ず、流体からダイアフラム３の受圧面に圧力が加わったときの支持部材の変位について説明する。

図４は、流体からの圧力によってダイアフラムが変形したときの支持部材の変位を模式的に示した図である。同図には、圧力センサ１００において、ダイアフラム３の受圧面３Ａと支持面３Ｂとに等しい圧力（大気圧）が加わっている状態（図４の上側の図）と、ダイアフラム３の受圧面３Ａに支持面３Ｂに加わる圧力（大気圧）よりも大きな圧力が加わった状態（図４の下側の図）とが示されている。

同図に示すように、圧力センサ１００において、ダイアフラム３の受圧面３Ａに大気圧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、支持部材２ａは、ダイアフラム３の中心３０に固定されていることから、Ｚ軸方向に大きく変位し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にはほとんど変位しない。

これに対し、支持部材２ｂ，２ｃは、ダイアフラム３の中心３０から離れた位置において支持面３Ｂと略垂直に固定されていることから、Ｚ軸に対して傾く。すなわち、支持部材２ｂ，２ｃは、Ｚ軸方向の変位のみならず、Ｘ軸方向にも変位が生じる。より具体的には、支持部材２ｂ，２ｃは、ダイアフラム３の中心３０（支持部材２ａ）から離れる方向（ハウジング４の内壁４Ｂに近づく方向）に夫々に傾く。

図５，６は、流体からの圧力によってダイアフラムが変形したときの半導体チップ１に発生する応力の分布のシミュレーション結果を示す図である。
図５には、図４の下側の図ようにダイアフラム３の受圧面３Ａに大気圧よりも大きな圧力が加わったときの半導体チップ１におけるＸ軸方向（半導体チップ１の辺１ａ，１ｂに平行な方向）の応力分布が示され、図６には、そのときの半導体チップ１におけるＺ軸方向（半導体チップ１の辺１ｃ，１ｄに平行な方向）の応力分布が示されている。なお、図５，６に示す応力分布は、同一のレンジで表示されている。

また、図５，６において、半導体チップ１の中心１０を通り、ダイアフラム３の支持面３Ｂと垂直な（短辺１ｃ，１ｄと平行な）線を中心線１０Ｚと表記し、半導体チップ１の中心１０を通り、ダイアフラム３の支持面３Ｂと平行な（長辺１ａ，１ｂと平行な）線を中心線１０Ｘと表記している。

図５に示すように、流体からの圧力によってダイアフラム３が撓んだ場合、平面視で中心線１０Ｘを境にして、半導体チップ１の長辺１ａ側の領域２０１では、Ｘ軸方向に引張応力が発生し、半導体チップ１の長辺１ｂ側の領域２０２では、Ｘ軸方向に圧縮応力が発生する。また、平面視で中心線１０Ｚに対して線対称の位置にある２点のＸ軸方向の応力の大きさは略等しい。一方、図６に示すように、半導体チップ１のＺ軸方向に発生する応力は、半導体チップ１上の位置によらず略均一となる。

次に、温度が変化したときの支持部材の変位について説明する。
図７は、温度変化によってダイアフラムが変形したときの支持部材の変位を模式的に示した図である。同図には、圧力センサ１００において、ダイアフラム３の受圧面３Ａと支持面３Ｂとに等しい圧力（大気圧）が加わっている状態（図７の上側の図）と、ダイアフラム３に加わる圧力は変わらずに温度が上昇した状態（図７の下側の図）とが示されている。

同図に示すように、圧力センサ１００において、ダイアフラム３の支持面３Ｂと受圧面３Ａに加わる圧力が夫々等しい状態において温度が上昇すると、例えばハウジング４およびダイアフラム３がＳＵＳから構成されている場合、ハウジング４およびダイアフラム３は熱膨張によりＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に伸びる。例えば、Ｘ軸方向に着目した場合、ハウジング４の内径が拡がり、それに伴いハウジング４に固定されているダイアフラム３の径も伸びる。これにより、支持部材２ｂ，２ｃが支持部材２ａからＸ軸方向に離れ、ダイアフラム３上に固定されている支持部材２ａと支持部材２ｂとの間隔（支持部材２ａと支持部材２ｂと間のＸ軸方向の距離）、および支持部材２ａと支持部材２ｃとの間隔（支持部材２ａと支持部材２ｃと間のＸ軸方向の距離）が拡がる。

一方、Ｓｉから構成されている半導体チップ１は、ＳＵＳから構成されたハウジング４およびダイアフラム３よりも熱膨張率が低いため、半導体チップ１とハウジング４およびダイアフラム３との間に、熱膨張率の差に基づくＸ軸方向の変位差が生じる。このとき、半導体チップ１は、ダイアフラム３に垂設された支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に張り付けられているため、中心線１０Ｚを境にしてＸ軸の＋方向および−方向に同程度の力で引っ張られる。

図８，９は、温度変化によってダイアフラムが変形したときの半導体チップ１に発生する応力の分布のシミュレーション結果を示す図である。
図８には、図７のように温度が上昇したときの半導体チップ１におけるＸ軸方向の応力分布が示され、図９には、そのときの半導体チップ１におけるＺ軸方向の応力分布が示されている。なお、図８，９に示す応力分布は、図５と同一のレンジで表示したものである。

温度上昇に伴ってダイアフラム３がＸ軸方向およびＹ軸方向に伸びた場合、図８，９に示すように、半導体チップ１のＸ軸方向およびＺ軸方向の応力は、流体からの圧力印加時に発生する応力に比べて十分に小さく、且つ半導体チップ１上の位置によらず略均一となる。すなわち、半導体チップ１を支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に張り付けた場合、温度変化によって半導体チップ１のＸ軸方向およびＺ軸方向に発生する応力は、半導体チップ１上の位置によらず略均一となる。

以上のことから、半導体チップ１を支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に張り付け、且つ上述したひずみゲージを半導体チップ１における適切な領域に配置しておくことにより、測定対象の流体の圧力を、温度変化によらず、高精度に検知することが可能となる。以下、ひずみゲージの配置について詳細に説明する。

〈ひずみゲージの配置〉
図１０に示されるように、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）Ｒ１〜Ｒ４から成るブリッジ回路１１によって構成されている。

具体的に、ブリッジ回路１１において、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは、電流が供給される端子Ｃと端子Ｄとの間に直列に接続されている。同様に、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３とは、電流が供給される端子Ｃと端子Ｄとの間に直列に接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが接続されるノードは、出力端子Ａであり、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とが接続されるノードは、出力端子Ｂである。

圧力センサ１００では、ブリッジ回路１１の端子Ｃと端子Ｄとの間に一定の電流Ｉを流した状態において、半導体チップ１内部に応力が発生した場合、その応力による抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値の変化を出力端子Ａの電圧Ｖａと出力端子Ｂの電圧Ｖｂの差電圧（スパン電圧）として出力することにより、測定対象の流体の圧力を測定することができる。

ここで、ブリッジ回路１１のスパン電圧Ｖｏは、下記の式（１）で表すことができる。式（１）において、Ｖａ，Ｖｂは、図１０における出力端子Ａ，Ｂの夫々の電圧であり、Ｉは定電流源Ｉから供給される電流である。

図１１，１２に、ブリッジ回路１１を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ４の半導体チップ１上の配置例を示す。
上述したように、３つの支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面（Ｙ軸方向の面）に接合された半導体チップ１は、測定対象の流体からの圧力によってダイアフラム３が撓んだ場合、図５，６に示したように、領域２０１にＸ軸方向の引張応力が生じるとともに領域２０２にＸ軸方向の圧縮応力が生じ、Ｚ軸方向には均一な応力が発生する。一方、温度が変化した場合には、図８，９に示したように、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に均一な応力が発生する。

そこで、ブリッジ回路１１において、互いに直接接続されない２組の抵抗のうち、一方の組の抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ３を、半導体チップ１の主面１Ａ（および裏面１Ｂ）における長辺１ａ側に形成し、他方の組の抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ４を、半導体チップ１の主面１Ａ（および裏面１Ｂ）における長辺１ｂ側に形成する。具体的には、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ３を引張応力が発生する領域２０１に形成し、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ４を圧縮応力が発生する領域２０２に形成する。

より具体的には、図１１，１２に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ３を、領域２０１において中心線１０Ｚに対して線対称に夫々形成し、抵抗Ｒ２，Ｒ４を、領域２０２において中心線１０Ｚに対して線対称に夫々形成する。

ここで、抵抗Ｒ１〜Ｒ４が長方形状に形成される場合には、抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、図１１に示すように、中心線１０Ｚと垂直に延在するように形成してもよいし、図１２に示すように、中心線１０Ｚと平行に延在するように形成してもよい。

このように抵抗Ｒ１〜Ｒ４を半導体チップ１に形成することにより、温度変化に対して抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が略均等に変化するため、式（１）における“Ｒ１×Ｒ３−Ｒ４×Ｒ２”は略ゼロとなり、ブリッジ回路１１のスパン電圧Ｖｏはほとんど変化しない。一方、測定対象の流体からの圧力によってダイアフラム３が撓んだ場合には、各抵抗Ｒ１〜Ｒ４が形成される位置に応じて各抵抗値が変化し、各抵抗Ｒ１〜Ｒ４の変化に応じたスパン電圧Ｖｏがブリッジ回路１１から出力される。

〈圧力センサ１００の効果〉
以上、本実施の形態に係る圧力センサ１００によれば、平面視矩形状の半導体チップ１をダイアフラム３上に垂設された支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に接合するとともに、ブリッジ回路１１において直接接続されない２組の抵抗のうち、一方の組の抵抗Ｒ１，Ｒ３を半導体チップ１の引張応力が発生する領域２０１に配置し、他方の組の抵抗Ｒ２，Ｒ４を半導体チップ１の圧縮応力が発生する領域２０２に配置することにより、測定対象の流体からの圧力を検出しつつ、温度変化に伴うセンサ出力の誤差を低減することができる。

特に、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３を、半導体チップ１の領域２０１において平面視で中心線１０Ｚに対して線対称に夫々配置し、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４を、半導体チップ１の領域２０２において平面視で中心線１０Ｚに対して線対称に夫々配置することにより、測定対象の流体からの圧力をより高精度に検出することができ、且つ温度変化に伴うセンサ出力の誤差をより効果的に低減することができる。

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、上記実施の形態において、支持部材２ａ，２ｂ，２ｃのダイアフラム３と反対側の端面と半導体チップ１の側面のＺ軸方向の高さが一致するように、半導体チップ１を支持部材２ａ，２ｂ，２ｃに接合する場合を例示したが、半導体チップ１は支持部材２ａ，２ｂ，２ｃの側面に接合されていればよく、半導体チップ１を張り付ける、支持部材２ａ，２ｂ，２ｃ上のＺ軸方向の位置は特に限定されない。例えば、半導体チップ１を、支持部材２ａ，２ｂ，２ｃのＺ軸方向の中心付近に接合してもよい。

また、上記実施の形態において、半導体チップ１が長方形状である場合を示したが、半導体チップ１は正方形状であってもよい。

１００…圧力センサ、１…半導体チップ、１Ａ…半導体チップの主面、１Ｂ…半導体チップの裏面、１ａ，１ｂ…半導体チップの長辺、１ｃ，１ｄ…半導体チップの短辺、１０…半導体チップの中心、１０Ｘ，１０Ｚ…中心線、支持部材…２ａ，２ｂ，２ｃ、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…ハウジングの内壁、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…抵抗、１１…ブリッジ回路、２０１，２０２…領域。

Claims (4)

1. 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主面とを有するダイアフラムと、
   ひずみゲージを構成する複数の抵抗から成るブリッジ回路が形成された平面視矩形状の半導体チップと、
   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垂設され、前記半導体チップを支持する棒状の第１支持部材と、
   前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わったときに前記ダイアフラムが変形する前記第２主面の領域に前記第１支持部材と離間して垂設され、半導体チップを支持する少なくとも２つの棒状の第２支持部材と、を有し、
   前記半導体チップは、前記第１支持部材および前記第２支持部材の夫々の側面に接合され、
   前記ブリッジ回路において互いに直接接続されない２組の前記抵抗のうち、一方の組の前記抵抗は、前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わったときに前記半導体チップにおいて引張応力が発生する第１領域に形成され、他方の組の前記抵抗は、前記第２主面に加わる圧力よりも大きな圧力が前記第１主面に加わったときに前記半導体チップにおいて圧縮応力が発生する第２領域に形成されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載された圧力センサにおいて、
   前記一方の組の前記抵抗は、前記第１領域において平面視で前記半導体チップの中心を通り前記第２主面と垂直な直線に対して線対称に夫々形成され、
   前記他方の組の前記抵抗は、前記第２領域において平面視で前記直線に対して線対称に夫々形成されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１または２に記載の圧力センサにおいて、
   前記抵抗は、平面視で、前記第１領域において平面視で前記半導体チップの中心を通り前記第２主面と垂直な直線と垂直な方向に延在している
   ことを特徴とする圧力センサ。
4. 請求項１または２に記載の圧力センサにおいて、
   前記抵抗は、平面視で、前記第１領域において平面視で前記半導体チップの中心を通り前記第２主面と垂直な直線と平行な方向に延在している
   ことを特徴とする圧力センサ。