KR102070368B1 - 압력 센서칩, 압력 발신기, 및 압력 센서칩의 제조 방법 - Google Patents

압력 센서칩, 압력 발신기, 및 압력 센서칩의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

측정 레인지의 멀티화를 실현하는 것이 가능한 새로운 칩구조를 갖는 압력 센서칩을 제공한다.
본 발명에 따른 압력 센서칩(1)은, 제1 주면 및 제2 주면에 개구된 압력 도입로(111)를 갖는 제1 층(11)과, 압력 도입로의 일단부를 덮는 다이어프램(124)과, 제1 왜곡 게이지(126)와, 제2 왜곡 게이지(125)를 갖고, 제1 층의 제2 주면 상에 배치된 제2 층(12)과, 제3 주면과, 제3 주면에 형성된 오목부(131)를 갖고, 제3 주면이 제2 층 상에 배치된 제3 층(13)을 갖고, 오목부는 다이어프램을 개재하여 압력 도입로와 대면하여 형성되고, 오목부는, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 압력 도입로의 내측에 형성되며, 제1 왜곡 게이지는, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 오목부의 외측의 영역에 형성되고, 제2 왜곡 게이지는, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 제1 왜곡 게이지보다 내측의 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

압력 센서칩, 압력 발신기, 및 압력 센서칩의 제조 방법{PRESSURE SENSOR CHIP, PRESSURE TRANSMITTER, AND MANUFACTURING METHOD OF PRESSURE SENSOR CHIP}
본 발명은 압력 센서칩, 압력 발신기, 및 압력 센서칩의 제조 방법에 관한 것으로, 예컨대, 광범위한 압력 계측 범위를 갖는 1칩의 압력 센서칩, 및 해당 압력 센서칩을 이용한 압력 발신기에 관한 것이다.
종래, 각종 프로세스계에서 유체 압력을 계측하는 기기로서 압력 발신기(압력 전송기)가 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1에는, 왜곡 게이지로서의 피에조 저항 소자가 형성된 박막으로 이루어지는 다이어프램의 한쪽의 면에 측정 대상의 유체로부터의 압력을 인가함으로써, 그 압력을 받은 다이어프램의 변위에 기초한 응력에 의한 피에조 저항 소자의 저항값의 변화를 전기 신호로 변환하여 출력하는 압력 센서칩을 이용한 압력 발신기가 개시되어 있다.
일반적으로, 압력 센서칩은 다이어프램의 애스팩트비에 의해서, 압력의 검출감도 및 내압, 즉 압력 측정 범위(측정 레인지)가 결정된다. 따라서, 애스팩트비를 바꾼 복수의 다이어프램을 하나의 센서칩에 형성함으로써, 복수의 압력을 측정 가능한 1칩의 멀티 가변 센서를 실현하는 것이 가능해진다.
예컨대, 특허문헌 1에는, 기판의 중앙부에 형성된, 2개의 압력의 차를 검출하는 차압용 다이어프램과, 상기 기판에서의 차압용 다이어프램의 외주에 형성된, 상기 2개의 압력 중 한쪽의 압력만을 검출하는 정압용 다이어프램을 갖는 1칩의 차압/정압 센서칩이 개시되어 있다. 이 차압/정압 센서칩에 따르면, 측정 대상의 2개의 압력 중, 차압용 다이어프램의 한쪽의 면에 도입되는 한쪽의 압력을 분기시켜 정압용 다이어프램에 도입함으로써, 상기 2개의 압력의 차압뿐만 아니라, 상기 한쪽의 압력(정압)도 검출할 수 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 공보 제2005-69736호
그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는, 동일 기판 상에 복수의 다이어프램을 형성한 칩 구조에서는, 전술한 바와 같이, 차압과 정압의 쌍방을 검출할 수 있는 멀티 가변 센서를 실현할 수는 있지만, 정압의 측정 레인지를 멀티화한 멀티 가변 센서나 차압의 측정 레인지를 멀티화한 멀티 가변 센서를 실현하는 것은 용이하지 않다.
예컨대, 동일 기판 상에, 저압을 검출하기 위한 저압 검출용 다이어프램과 고압을 검출하기 위한 고압 검출용 다이어프램을 배치하고, 각각의 다이어프램에 측정 대상의 압력을 분기하여 도입하는 칩구조의 압력 센서칩에서는, 고압 검출용 다이어프램에 의해서 검출 가능한 크기의 압력이 인가된 경우에, 저압 검출용 다이어프램에도 동일한 압력이 인가되고, 저압 검출용 다이어프램이 파괴될 우려가 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 측정 레인지의 멀티화를 실현하는 것이 가능한 새로운 칩구조를 갖는 압력 센서칩을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른, 계측 대상의 유체의 압력을 검출하는 압력 센서칩(1)은, 제1 주면 및 해당 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 제1 주면 및 제2 주면에 개구된 압력 도입로(111)를 갖는 제1 층(11)과, 압력 도입로의 일단부를 덮는 다이어프램(124)과, 제1 왜곡 게이지(125)와, 제2 왜곡 게이지(126)를 갖고 제1 층의 제2 주면 상에 배치된 제2 층(12)과, 제3 주면과, 제3 주면에 형성된 오목부(131)를 갖고 제3 주면이 제2 층 상에 배치된 제3 층(13)을 갖고, 오목부는, 다이어프램을 개재하여 압력 도입로와 대면하여 형성되고, 오목부는, 제1 주면과 수직인 방향(Z 방향)으로부터 보아 압력 도입로의 내측에 형성되며, 제1 왜곡 게이지는, 제2 층의 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 오목부의 외측의 영역에 형성되며, 제2 왜곡 게이지는, 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 제1 왜곡 게이지보다 내측의 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 압력 센서칩에서, 제1 왜곡 게이지는, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 압력 도입로의 다이어프램으로서 기능하는 영역의 둘레가장자리부(113a)에 형성되고, 제2 왜곡 게이지는 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 오목부의 둘레가장자리부(131a)에 형성되어 있어도 좋다.
상기 압력 센서칩에서, 제3 층(13_1∼13_n)은, 제2 층 상에 n(n은 2이상의 정수)개 적층되고, 제2 층측으로부터 i(1<i≤n)번째의 제3 층의 오목부는, (i-1)번째의 제3 층의 오목부보다 큰 개구 면적을 갖고, 제2 왜곡 게이지(126_1∼126_3)는, 제3 층마다 대응하여 설치되고, 제1 왜곡 게이지(125)는, 제2 층의 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 n번째의 제3 층의 오목부(131_3)의 외측에 형성되며, 제2 층측으로부터 n번째의 제3 층에 대응하는 제2 왜곡 게이지(126_3)는, 제2 층의 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 제1 왜곡 게이지의 내측, 또한 (n-1)번째의 제3 층의 오목부(131_2)의 외측의 영역에 형성되고, 제2 층측으로부터 j(1<j<n)번째의 제3 층에 대응하는 제2 왜곡 게이지(126_2)는, 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, (j+1)번째의 제3 층에 대응하는 제2 왜곡 게이지보다 내측, 또한 (j-1)번째의 제3 층의 오목부(131_1)의 외측의 영역에 형성되고, 제2 층측으로부터 1번째 제3 층에 대응하는 제2 왜곡 게이지(126_1)는, 제2 층의 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 2번째의 제3 층에 대응하는 제2 왜곡 게이지(126_2)보다 내측에 형성되어 있어도 좋다.
상기 압력 센서칩에서, 제2 층측으로부터 k(1≤k≤n)번째의 제3 층에 대응하는 제2 왜곡 게이지(126_1∼126_3)는, 제2 층의 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 제2 층측으로부터 k번째의 제3 층의 오목부의 둘레가장자리부(131a_1∼131a_3)에 형성되고, 제1 왜곡 게이지는, 제2 층의 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 압력 도입로의 둘레가장자리부(113a)에 형성되어 있어도 좋다.
상기 압력 센서칩에서, 제3 층은 오목부와 연통되는 구멍(134)을 더 갖고 있어도 좋다.
상기 압력 센서칩에서, 압력 도입로의 둘레가장자리부의 제1 주면과 평행한 방향으로부터 본 단면은, 원호형상으로 형성되어 있어도 좋다.
본 발명에 따르면, 측정 레인지의 멀티화를 실현하는 것이 가능한 칩구조를 갖는 압력 센서칩을 제공할 수 있다.
도 1a는, 본 발명의 실시형태 1에 따른 압력 센서칩의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 1b는, 본 발명의 실시형태 1에 따른 압력 센서칩의 평면 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 기준 압력을 대기압으로 한 경우의 압력 센서칩의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3a는, 저압 검출용 브릿지 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3b는, 고압 검출용 브릿지 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4a는, 본 발명의 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4b는, 본 발명의 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 평면 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5a는, 고압 검출용 브릿지 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5b는, 고압 검출용 브릿지 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5c는, 고압 검출용 브릿지 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6a는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 6b는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 6c는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 6d는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 6e는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 6f는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 6g는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 6h는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 6i는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 7a는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 별도의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 7b는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 별도의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 7c는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 제조 방법에서의 별도의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 8a는, 본 발명의 실시형태 3에 따른 압력 센서칩의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8b는, 본 발명의 실시형태 3에 따른 압력 센서칩의 평면 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9a는, 본 발명의 실시형태 4에 따른 압력 센서칩의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9b는, 본 발명의 실시형태 4에 따른 압력 센서칩의 평면 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩의 브릿지 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩을 탑재한 압력 발신기의 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 각 실시형태에서 공통되는 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙여 반복의 설명을 생략한다.
≪실시형태 1≫
(1) 실시형태 1에 따른 압력 센서칩(1)의 구성
도 1a, 도 1b는, 본 발명의 실시형태 1에 따른 압력 센서칩의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1a에는, 실시형태 1에 따른 압력 센서칩(1)의 단면 형상이 모식적으로 표시되고, 도 1b에는, 실시형태 1에 따른 압력 센서칩(1)의 평면 형상이 모식적으로 표시되어 있다.
도 1에 표시되는 압력 센서칩(1)은, 계측 대상의 유체의 압력(정압)을 검출하는 압력 센서칩으로서, 하나의 다이어프램에 고압 검출용의 왜곡 게이지와 저압 검출용의 왜곡 게이지가 형성된 구조를 갖는다. 구체적으로, 압력 센서칩(1)은, 압력 도입하기 위한 제1 층(11), 다이어프램으로서 기능하는 제2 층(12), 다이어프램의 일방향으로의 변형을 제한하는 제3 층(13)이 적층된 구조를 갖고 있다.
또한, 이하의 설명에서는, X축, Y축, 및 Z축으로 이루어지는 3차원 공간에서, 제1 층(11), 제2 층(12), 및 제3 층의 각 주면이 X-Y 평면에 평행 또한 Z축에 수직으로 배치되어 있는 것으로 한다.
제1 층(11)은, 예컨대 실리콘으로 구성되어 있다. 제1 층(11)에는, 계측 대상의 유체의 압력을 도입하기 위한 압력 도입로(111)가 형성되어 있다. 압력 도입로(111)는, 예컨대, 압력 센서칩(1)이 미터 보디에 탑재된 경우, 그 미터 보디를 구성하는 압력 도입관 등으로부터 계측 대상의 유체의 압력이 입력된다.
압력 도입로(111)는, 제1 층(11)의 주면(11a)과 그 반대측의 주면(11b)을 관통하는 관통 구멍이다. 압력 도입로(111)는 제1 구멍(112)과 제2 구멍(113)으로 구성되어 있다. 제1 구멍(112)은, 외부로부터 계측 대상의 유체의 압력을 도입하기 위한 구멍이다. 제2 구멍(113)은, 제1 구멍(112)으로부터 도입된 압력을, 후술하는 다이어프램(124)의 전체에 인가하는 유도하기 위한 구멍이다. 제2 구멍(113)은, 제1 구멍(112)보다 개구 면적이 넓게 형성되어 있다.
제2 층(12)은, 제1 층(11)의 주면(11b) 상에, 적어도 압력 도입로(111)를 덮어 형성되어 있다. 제2 층(12)은, 제1 층의 주면(11b) 상에 형성된 활성층(예컨대, 실리콘(Si))(121)과, 활성층(121) 상에 형성된 절연층(예컨대, 산화실리콘(SiO2))(122)으로 구성되어 있다. 구체적인 치수의 일례를 예로 든다고 한다면, 활성층(121)의 두께(Z 방향의 길이)는 10∼20μm이며, 절연층(122)의 두께는 0.15μm이다.
제2 층(12) 중, 압력 도입로(111)(제2 구멍(113))를 덮는 영역은, 다이어프램으로서 기능한다. 이하, 제2 층(12) 중, 압력 도입로(111)를 덮는 영역을 다이어프램(124)이라고 칭한다.
제2 층(12) 중 다이어프램(124)으로서 기능하는 영역에는, 다이어프램(124)에 가해진 압력을 검출하는 감압 소자로서의 저압 검출용 왜곡 게이지(126) 및 고압 검출용 왜곡 게이지(125)가 형성되어 있다. 또한, 저압 검출용 왜곡 게이지(126) 및 고압 검출용 왜곡 게이지(125)의 상세에 관해서는 후술한다.
제3 층(13)은, 제2 층(12) 상에, 다이어프램(124)을 덮어 형성되어 있다. 구체적으로, 제3 층(13)은 주면(13a)을 갖고, 그 주면(13a)이 제2 층(12)의 절연층(122) 상에 접합되어 있다. 제3 층(13)은 제3 주면(13a)과 반대측의 제4 주면을 가질 수 있다.
제3 층(13)의 주면(13a)에는 다이어프램(124)을 개재하여 압력 도입로(111)와 대면하여 형성된 스토퍼부(131)가 형성되어 있다. 스토퍼부(131)는, 제3 층(13)의 다이어프램(124)과의 접합면으로서의 주면(13a)에, 그 접합면과 수직인 방향(Z 방향)으로 형성된 오목부(우묵한 곳)이다. 스토퍼부(131)는, 다이어프램(124)을 사이에 두고 압력 도입 구멍(111)과 대면 배치되어 있다. 스토퍼부(131)를 구성하는 오목부는, 다이어프램(124)의 변위를 따른 곡면(예컨대, 비구면)을 갖고 있다.
스토퍼부(131)와 다이어프램(124)과의 사이에는, 방(132)이 형성되어 있다. 방(132)은, 압력 측정에서의 기준압을 도입하기 위한 공간이다. 예컨대, 진공에 대한 유체의 압력을 측정하는 경우에는, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 방(132)은, 스토퍼부(131)와 다이어프램(124)으로 폐쇄된 진공의 공간이 된다. 또한, 예컨대, 대기압을 기준으로 유체의 압력을 측정하는 경우에는, 도 2에 나타내는 압력 센서칩(1X)과 같이, 방(132)에 접속되는 구멍(연통로)(134)을 형성하고, 구멍(134)으로부터 대기압을 도입하면 좋다.
스토퍼부(131)는, 제1 층(11)의 압력 도입 구멍(111)으로부터 다이어프램(124)에 압력이 가해져 다이어프램(124)이 휜 경우에, 다이어프램(124)이 스토퍼부(131)에 착상함으로써, 다이어프램(124)의 일방향으로의 변형을 제한하는 기능부이다. 이에 따라, 다이어프램(124)에 과대압이 가해짐에 따른 다이어프램(124)의 파괴를 방지하는 것이 가능해진다.
여기서, 저압 검출용 왜곡 게이지(126) 및 고압 검출용 왜곡 게이지(125)에 관해서 상세하게 설명한다.
도 1a, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 저압 검출용 왜곡 게이지(126)는 저항(R21∼R24)을 포함한다. 또한, 고압 검출용 왜곡 게이지(125)는 저항(R11∼R14)을 포함한다. 저항(R11∼R14, R21∼R24)은, 예컨대, 활성층(121)의 절연층(122)측에 형성된 확산 저항이다.
도 3a, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 저항(R21∼R24)은 저압 검출용 브릿지 회로(B10)를 구성하고, 저항(R11∼R14)은 고압 검출용 브릿지 회로(B20)를 구성하고 있다. 브릿지 회로(B10, B20)의 각 노드는, 예컨대 활성층(121)의 절연층(122)측에 형성된 확산 저항으로 이루어지는 배선 패턴(도시하지 않음)을 개재하여, 단자(Pa∼Pd, Pe∼Ph)에 각각 접속되어 있다. 단자(Pa∼Pd, Pe∼Ph)는, 예컨대, 절연층(122) 상에 형성된 복수의 전극 패드(129)로서 구성되어 있다.
압력 센서칩(1)에서는, 저압 검출용 브릿지 회로(B10)의 단자(Pa, Pc)에 일정한 전류를 흘린 상태에서, 제2 층(12) 내부에 발생한 응력에 따른 저항(R21∼R24)의 저항값의 변화를 전압의 변화로서 단자(Pb, Pd)로부터 검출함으로써, 다이어프램(124)에 가해진 측정 대상의 유체의 압력(저압)을 측정할 수 있다.
동일하게, 고압 검출용 브릿지 회로(B20)의 단자(Pe, Pg)에 일정한 전류를 흘린 상태에서, 제2 층(12) 내부에 발생한 응력에 따른 저항(R11∼R14)의 저항값의 변화를 전압의 변화로서 단자(Pf, Ph)로부터 검출함으로써, 다이어프램(124)에 가해진 측정 대상의 유체의 압력(고압)을 측정할 수 있다.
도 1a, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 고압 검출용 왜곡 게이지(125)를 구성하는 저항(R11∼R14)은, 제1 층(11)의 주면(11a, 11b)과 수직인 방향(Z 방향)으로부터 보아 스토퍼부(131)의 외측의 영역에 형성되어 있다. 구체적으로는, 저항(R11∼R14)은, 다이어프램(124)의 수압면(압력 도입로(111)측의 면)에 압력이 가해져 다이어프램(124)의 수압면의 반대측의 면(제3 층(13))이 스토퍼부(131)에 착상한 후에, 다시 다이어프램(124)의 수압면에 압력이 가해진 경우에서, 다이어프램(124)의 둘레가장자리부의 응력이 피크가 되는 위치에 형성되어 있다. 예컨대, 저항(R11∼R14)은, Z 방향으로부터 보아 압력 도입로(111)의 둘레가장자리부, 즉 제2 구멍(113)의 엣지(113a) 부근에 형성되어 있다.
한편, 저압 검출용 왜곡 게이지(126)를 구성하는 저항(R21∼R24)은, 제1 층(11)의 주면(11a, 11b)과 수직인 방향(Z 방향)으로부터 보아, 다이어프램(124)에서의 고압 검출용 왜곡 게이지(125)보다 내측의 영역에 형성되어 있다. 구체적으로는, 저항(R21∼R24)은, 다이어프램(124)의 수압면에 압력이 가해지고, 다이어프램(124)의 수압면의 반대측의 면이 스토퍼부(131)에 착상하기까지의 사이에서, 다이어프램(124)의 응력이 피크가 되는 위치에 형성되어 있다. 예컨대, 저항(R21∼R24)은, Z 방향으로부터 보아, 스토퍼부(131)의 둘레가장자리부, 즉 스토퍼부(131)의 엣지(131a) 부근에 형성되어 있다.
(2) 압력 센서칩(1)의 동작
전술한 구조를 갖는 압력 센서칩(1)은, 이하와 같이 동작한다.
예컨대, 압력 센서칩(1)에서, 방(132) 내의 압력보다 큰 압력이 압력 도입로(111)로부터 도입된 경우, 다이어프램(124)이 +Z 방향(제3 층(13)측)으로 변위한다. 이 다이어프램(124)의 변위에 의해서 다이어프램(124)에 생긴 응력이 다이어프램(124)에 형성된 저압 검출용 브릿지 회로(B10)를 구성하는 저항(R21∼R24)에 가해짐으로써, 저항(R21∼R24)의 저항값이 변화된다. 이 저항값의 변화가 브릿지 회로(B10)의 단자(Pb, Pd)로부터 전기 신호(예컨대 전압)로서 출력됨으로써, 저압측의 압력을 계측할 수 있다.
또한, 압력 도입로(111)로부터 다이어프램(124)에 인가되는 압력이 증가하면, 그 압력에 따라서 다이어프램(124)의 +Z 방향의 변위량이 커지고, 다이어프램(124)은 스토퍼부(131)에 착상한다. 이에 따라, 다이어프램(124)의 변위가 제한되고, 다이어프램(124)의 파괴가 방지된다.
다이어프램(124)의 착상 후, 다이어프램(124)에 인가되는 압력이 더욱 증가한 경우, 다이어프램(124)을 개재하여 제3 층(13)에 압력이 가해진다. 이에 따라, 제3 층(13)이 +Z 방향으로 변위한다. 이 제3 층(13)의 변위에 의해서, 다이어프램(124)의 제3 층(13)과 접합되어 있는 영역에 응력이 생긴다. 이 응력이 고압 검출용 브릿지 회로(B20)를 구성하는 저항(R11∼R14)에 가해짐에 따라 저항(R11∼R14)의 저항값이 변화되고, 그 저항값의 변화가 브릿지 회로(B20)의 단자(Pf, Ph)로부터 전기 신호로서 출력됨으로써, 고압측의 압력을 계측할 수 있다.
(3) 압력 센서칩(1)의 효과
이상, 본 발명의 실시형태 1에 따른 압력 센서칩은, 1장의 다이어프램(124)을 사이에 두고, 압력 도입로(111)와, 압력 도입로(111)보다 개구 면적이 작은 스토퍼부(오목부)(131)를 배치하고, Z 방향으로부터 보아, 다이어프램(124)의 압력 도입로(111)의 내측, 또한 스토퍼부(131)의 외측의 영역에 고압 검출용의 왜곡 게이지(125)가 형성되고, 고압 검출용 왜곡 게이지(125)보다 내측의 영역에 저압 검출용의 왜곡 게이지(126)가 형성된 구조를 갖고 있다.
구체적으로, 압력 센서칩(1)은, 압력 도입로(111)로부터 압력이 다이어프램(124)에 인가되고, 다이어프램(124)이 스토퍼부(131)에 착상하기까지의 사이는, 다이어프램(124)의 변위에 기초한, 저압 검출용 브릿지 회로(B10)를 구성하는 저항(R21∼R24)의 저항값의 변화를 검출함으로써 저압을 계측할 수 있다. 또한, 다이어프램(124)에 인가되는 압력이 더욱 증가하고, 다이어프램(124)이 스토퍼부(131)에 착상한 후에는, 제3 층(13)의 변위에 기초한, 고압력 검출용 브릿지 회로(B20)를 구성하는 저항(R11∼R14)의 저항값의 변화를 검출함으로써 고압을 측정할 수 있다.
따라서, 실시형태 1에 따른 압력 센서칩(1)에 따르면, 하나의 다이어프램에 의해서 측정 레인지의 멀티화를 실현할 수 있기 때문에, 측정 레인지가 넓은 압력용 멀티레인지 센서를 실현하는 것이 가능해진다.
≪실시형태 2≫
(1) 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)의 구성
도 4a, 도 4b는, 본 발명의 실시형태 2에 따른 압력 센서칩의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4a에는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)의 단면 형상이 모식적으로 표시되고, 도 4b에는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)의 평면 형상이 모식적으로 표시되어 있다.
도 4a, 도 4b에 표시되는 압력 센서칩(1A)은 스토퍼부(131)가 형성된 제3 층(13)이 복수 적층되어 있는 점에서, 실시형태 1에 따른 압력 센서칩(1)과 상이하고, 그 이외의 점에서는 실시형태 1에 따른 압력 센서칩(1)과 동일하다.
또한, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)의 구성 요소 중, 실시형태 1에 따른 압력 센서칩(1)과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
압력 센서칩(1A)은 복수의 제3 층(13_1∼13_n)(n은 2이상의 정수)을 갖는다. 제3 층(13_1∼13_n)의 한쪽의 주면에는, 스토퍼부(131)가 각각 형성되어 있다. 이하, 제3 층(13_1∼13_n)에 형성되어 있는 스토퍼부(131)를 스토퍼부(131_1∼131_n)로 각각 표기한다.
또한, 본 실시형태에서는, 일례로서 n=3으로 한다. 즉, 3개의 제3 층(13_1∼13_3)이 제2 층(12) 상에 적층되어 있는 경우를 예로 들어, 설명한다.
제2 층(12)측으로부터 i(1<i≤n)번째의 제3 층(13_i)의 스토퍼부(131_i)는, (i-1)번째의 제3 층(13_(i-1))의 스토퍼부(131_(i-1))보다 큰 개구 면적을 갖는다. 구체적으로는, 도 4a, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 제2 층(12)측으로부터 2번째의 제3 층(13_2)의 스토퍼부(131_2)는, 1번째의 제3 층(13_1)의 스토퍼부(131_1)보다 큰 개구 면적을 갖는다. 동일하게, 제2 층(12)측으로부터 3번째의 제3 층(13_3)의 스토퍼부(131_3)는, 2번째의 제3 층(13_2)의 스토퍼부(131_2)보다 큰 개구 면적을 갖는다. 즉, 압력 센서칩(1A)에서, 스토퍼부(131_1∼131_n)는, 다이어프램(124)측으로부터 순서대로, 개구 면적이 커지도록 형성되어 있다.
또한, 압력 센서칩(1A)은 제2 왜곡 게이지로서 제3 층(13_1∼13_n)마다 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1∼126_n)를 갖는다. 예컨대, 압력 센서칩(1A)은, 제3 층(13_1∼13_3)마다 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1∼126_3)를 갖는다.
압력 검출용 왜곡 게이지(126_1∼126_3)는, 제1 왜곡 게이지로서의 고압 검출용 왜곡 게이지(125)와 동일하게, 브릿지 회로를 구성하는 4개의 저항을 각각 포함한다. 구체적으로는, 도 5a∼도 5c에 나타낸 바와 같이, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1)는 압력 검출용 브릿지 회로(B10_1)를 구성하는 저항(R21_1∼R24_1)을 포함하고, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_2)는 압력 검출용 브릿지 회로(B10_2)를 구성하는 저항(R21_2∼R24_2)을 포함하며, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_3)는 압력 검출용 브릿지 회로(B10_3)를 구성하는 저항(R21_3∼R24_3)을 포함한다. 각 압력 검출용 브릿지 회로(B10_1∼10_3)의 각 노드는, 제2 층(12)의 절연층(122) 상에 형성된 금속 배선 패턴(도시하지 않음)을 개재하여, 단자(Pa_1∼Pd_1, Pa_2∼Pd_2, Pa_3∼Pd_3)에 각각 접속되어 있다. 단자(Pa_1∼Pd_1, Pa_2∼Pd_2, Pa_3∼Pd_3)는, 예컨대, 고압 검출용 브릿지 회로(B20)의 단자(Pe∼Ph)와 동일하게, 절연층(122) 상에 형성된 복수의 전극 패드(129)로서 구성되어 있다.
고압 검출용 왜곡 게이지(125) 및 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1∼126_3)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124)으로서 기능하는 영역에 각각 형성되어 있다.
구체적으로는, 고압 검출용 왜곡 게이지(125)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124)으로서 기능하는 영역에서, 제1 층(11)의 주면(11a, 11b)과 수직인 방향(Z 방향)으로부터 보아, n번째의 제3 층(13_n)의 스토퍼부(131_n)의 외측에 형성되어 있다.
예컨대, 도 4a, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 고압 검출용 왜곡 게이지(125)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아, 3번째의 제3 층(13_3)의 스토퍼부(131_3)의 외측에 형성되어 있다.
또한, 제2 층(12)측으로부터 n번째의 제3 층(13_n)에 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_n)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아, 고압 검출용 왜곡 게이지(125)의 내측, 또한 (n-1)번째의 제3 층(13_(n-1))의 스토퍼부(131_(n-1))의 외측에 형성되어 있다.
예컨대, 도 4a, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 제2 층(12)측으로부터 3번째의 제3 층(13_3)에 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_3)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아, 고압 검출용 왜곡 게이지(125)의 내측, 또한 2번째의 제3 층(13_2)의 스토퍼부(131_2)의 외측에 형성되어 있다.
또한, 제2 층(12)측으로부터 j(1<j<n)번째의 제3 층(13_j)에 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_j)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아, (j+1)번째의 제3 층(13_(j+1))의 왜곡 게이지(126_(j+1))의 내측, 또한 (j-1)번째의 제3 층(13_(j-1))의 스토퍼부(131_(j-1))의 외측에 형성되어 있다.
예컨대, 도 4a, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 제2 층(12)측으로부터 2번째의 제3 층(13_2)에 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_2)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아, 3번째의 제3 층(13_3)에 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_3)의 내측, 또한 제3 층(13_1)의 스토퍼부(131_1)의 외측에 형성되어 있다.
또한, 제2 층(12)측으로부터 1번째의 제3 층(13_1)에 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1)는, 제2 층(12)의 다이어프램으로서 기능하는 영역(124)에서, Z 방향으로부터 보아, 2번째의 제3 층(13_2)에 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_2)보다 내측에 형성되어 있다.
(2) 압력 센서칩(1A)의 동작
전술한 구조를 갖는 압력 센서칩(1A)은, 이하와 같이 동작한다.
예컨대, 압력 센서칩(1A)의 방(132) 내의 압력보다 큰 압력이 압력 도입로(111)로부터 도입된 경우, 다이어프램(124)이 +Z 방향(제3 층(13_1)측)으로 변위한다. 다이어프램(124)이 변위하고, 제3 층(13_1)의 스토퍼부(131_1)에 착상하기까지의 사이는, 다이어프램(124)에 생긴 응력이 압력 검출용 브릿지 회로(B10_1)를 구성하는 저항(R21_1∼24_1)에 가해짐으로써, 저항(R21_1∼24_1)의 저항값이 변화된다. 이 저항값의 변화가 브릿지 회로(B10_1)의 단자(Pb_1, Pd_1)로부터 전기 신호로서 출력됨으로써, 저압측의 압력을 계측할 수 있다.
또한, 압력 도입로(111)로부터 다이어프램(124)에 인가되는 압력이 증가하면, 그 압력에 따라서 다이어프램(124)의 +Z 방향의 변위량이 커지고, 다이어프램(124)은 스토퍼부(131_1)에 착상한다. 이에 따라, 다이어프램(124)의 변위가 제한되고, 다이어프램(124)의 파괴가 방지된다.
다이어프램(124)의 착상 후, 다이어프램(124)에 인가되는 압력이 더욱 증가한 경우, 다이어프램(124)을 개재하여 제3 층(13_1)에 압력이 가해진다. 이에 따라, 제3 층(13_1)이 +Z 방향으로 변위한다. 이 제3 층(13_1)의 변위에 의해서, 다이어프램(124)의 제3 층(13_1)과 접합되어 있는 영역에 응력이 생긴다. 이 응력이 압력 검출용 브릿지 회로(B10_2)를 구성하는 저항(R21_2∼R24_2)에 가해짐에 따라서, 저항(R21_2∼R24_2)의 저항값이 변화된다. 이 저항값의 변화가 브릿지 회로(B10_2)의 단자(Pb_2, Pd_2)로부터 전기 신호로서 출력됨으로써, 보다 고압측의 압력을 검출할 수 있다.
또한, 다이어프램(124)에 인가되는 압력이 증가하고, 제3 층(13_1)이 그 상층의 제3 층(13_2)의 스토퍼부(131_2)에 착상하면, 다이어프램(124) 및 제3 층(13_1)을 개재하여 제3 층(13_2)에 압력이 가해진다. 이에 따라, 제3 층(13_2)이 +Z 방향으로 변위하고, 다이어프램(124)의 제3 층(13_1)과 접합되어 있는 영역에 응력이 생긴다. 이 응력이 압력 검출용 왜곡 게이지(126_3)를 구성하는 저항(R21_3∼R24_3)에 가해짐에 따라서, 저항(R21_3∼R24_3)의 저항값이 변화되고, 그 저항값의 변화가 브릿지 회로(B10_3)의 단자(Pb_3, Pd_3)로부터 전기 신호로서 출력됨으로써, 더욱 고압측의 압력을 검출할 수 있다.
또한 다이어프램(124)에 인가되는 압력이 증가하고, 제3 층(13_2)이 그 상층의 제3 층(13_3)의 스토퍼부(131_3)에 착상하면, 다이어프램(124), 제3 층(13_1), 및 제3 층(13_2)을 개재하여 제3 층(13_3)에 압력이 가해진다. 이에 따라, 제3 층(13_3)이 +Z 방향으로 변위하고, 다이어프램(124)의 제3 층(13_1)과 접합되어 있는 영역에 응력이 생긴다. 이 응력이 고압 검출용 왜곡 게이지(125)를 구성하는 저항(R11∼14)에 가해짐에 따라서, 저항(R11∼R14)의 저항값이 변화되고, 그 저항값의 변화가 브릿지 회로(B20)의 단자(Pf, Ph)로부터 전기 신호로서 출력됨으로써, 더욱 고압측의 압력을 검출할 수 있다.
(3) 압력 센서칩(1A)의 제조 방법
다음으로, 압력 센서칩(1A)의 제조 방법에 관해서 설명한다.
도 6a∼도 6i는, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)의 제조 방법에서의 칩제작 공정을 나타내는 도면이다. 여기서는, n=3으로 한 경우의 압력 센서칩(1A)의 제조 방법에 관해서 설명한다.
우선, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 예컨대 실리콘으로 이루어지는 3개의 기판(203_1∼203_3)에, 스토퍼부(131_1∼131_3)를 각각 형성한다(단계 S01). 구체적으로는, 공지의 반도체 제조 기술, 예컨대 잘 알려진, 광의 투과율을 변화시킨 그레이 스케일 마스크를 이용한 포토리소그래피 기술과 드라이 에칭 기술(예컨대, 일본 특허 공개 공보 제2005-69736호 참조)에 의해서, 기판(203_1∼203_3)을 선택적으로 제거함으로써, 기판(203_1∼203_3)의 대향하는 2개의 주면의 한쪽에 곡면을 갖는 스토퍼부(131_1∼131_3)를 각각 형성한다.
이 때, 최하층의 기판(203_1)의 한쪽의 주면에는, 스토퍼부(131_1)에 더하여, 단자(Pa_1∼Pd_1, Pa_2∼Pd_2, Pa_3∼Pd_3, Pe∼Ph)를 구성하는 복수의 전극 패드(129)에 대응하는 복수의 구멍(203C)도 형성한다.
다음으로, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 단계 S01에서 가공한 3개의 기판(203_1∼203_3)을 서로 접합한다(단계 S02). 구체적으로는, 우선, 공지의 기판 접합 기술에 의해, 기판(203_3)의 스토퍼부(131_3)가 형성되어 있는 주면을, 기판(203_2)의 스토퍼부(131_2)가 형성되어 있는 주면의 반대측의 주면에 접합한다. 다음으로, 공지의 기판 접합 기술에 의해, 기판(203_2)의 스토퍼부(131_2)가 형성되어 있는 주면을, 기판(203_1)의 스토퍼부(131_1)가 형성되어 있는 주면의 반대측의 주면에 접합한다.
다음으로, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 기판(203_1∼203_3)과는 별도의 기판(202)에, 고압 검출용 왜곡 게이지(125)로서의 저항(R11∼R14)과, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1∼126_3)로서의 R21_1∼R24_1, R21_2∼R24_2, R21_3∼R24_3을 각각 형성한다(단계 S03).
여기서, 기판(202)은, 예컨대, 실리콘 기판층(L1)과, 실리콘 기판층(L1) 상에 형성된 매립 산화막층(BOX(Buried Oxide)층)(L2)과, BOX층(L2) 상에 형성된 실리콘층(L3)(121)으로 이루어지는 SOI 기판이다.
단계 S03에서는, 예컨대, 잘 알려진 이온 주입 기술에 의해서 SOI 기판인 기판(202)의 실리콘층(L3)에 불순물을 도핑함으로써, 고압 검출용 왜곡 게이지(125)의 저항(R11∼R14)으로서의 확산 저항과, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1∼126_3)의 R21_1∼R24_1, R21_2∼R24_2, R21_3∼R24_3으로서의 확산 저항을 각각 형성하고, 동일한 방법으로 게이지를 잇는 리드 배선 패턴을 확산 저항으로 각각 형성한다.
다음으로, 도 6d에 나타낸 바와 같이, 기판(202)의 활성층(121) 상에 절연층(122)으로서의 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하고, 그 절연층(122) 상에 저항(R11∼R14, R21_1∼R24_1, R21_2∼R24_2, R21_3∼R24_3) 및 리드 배선 패턴에 의해서 각각 구성되는 브릿지 회로(B20, B10_1∼B10_3)의 각 노드에 접속되는 금속 배선 패턴과, 이러한 금속 배선 패턴에 접속되는 단자(Pe∼Ph, Pa_1∼Pd_1, Pa_2∼Pd_2, Pa_3∼Pd_3)로서의 복수의 전극 패드(129)를 각각 형성한다(단계 S04).
다음으로, 도 6e에 나타낸 바와 같이, 단계 S02에서 접합한 3개의 기판(203_1∼203_3)과, 단계 S04에서 가공한 기판(202)을 접합한다(단계 S05). 구체적으로는, 공지의 기판 접합 기술에 의해, 기판(203_1)의 스토퍼부(131_1)가 형성된 주면과, 기판(202)의 절연층(122)을 접합한다.
다음으로, 도 6f에 나타낸 바와 같이, 단계 S05에서 접합한 접합 기판에서의 기판(202)의 실리콘 기판층(L1) 및 BOX 층(L2)을 각각 제거한다(단계 S06).
또한, 도 6g에 나타낸 바와 같이, 예컨대 실리콘으로 이루어지는 기판(201)에, 압력 도입로(111)를 형성한다(단계 S07). 구체적으로는, 공지의 반도체 제조 기술, 예컨대 잘 알려진 포토리소그래피 기술이나 드라이 에칭 기술에 의해서, 기판(201)을 선택적으로 제거함으로써, 기판(201)의 대향하는 2개의 주면을 관통한, 압력 도입 구멍(111)으로서의 제1 구멍(112)및 제2 구멍(113)을 각각 형성한다. 이 때, 제2 구멍(113)의 엣지(113a)는, 도 6g에 나타낸 바와 같이, 기판(201)의 주면과 평행한 방향(Y 방향)으로부터 보아 원호형상(반원형상)으로 형성되어 있다. 이것에 따르면, 압력 인가 시의 발생 응력을 분산시켜, 내압을 향상시키는 것이 가능해진다.
다음으로, 도 6h에 나타낸 바와 같이, 단계 S06에서 가공한 접합 기판에, 단계 S07에서 가공한 기판(201)을 접합한다(단계 S08). 구체적으로는, 공지의 기판 접합 기술에 의해, 기판(201)과 기판(202)의 적층 방향(Z 방향)으로부터 보아 압력 도입 구멍(111)과 스토퍼부(131)가 대면 배치된 상태로, 기판(202)의 활성층(121)과 기판(201)의 구멍(113)측의 주면을 접합한다.
그 후, 도 6i에 나타낸 바와 같이, 기판(201)과, 기판(202)과, 기판(203)을 접합한 접합 기판을 다이싱하여 복수의 칩을 추출하고, 불필요한 개소를 제거한다(단계 S09).
이상의 공정에 의해, 복수의 압력 센서칩(1A)이 제작된다.
또한, 전술의 제조 방법에서는, 기판(202)과는 상이한 기판(201)을 이용하여 제1 층(11)을 형성하는 경우를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, SOI 기판인 기판(202)을 이용하여 제1 층(11)을 형성해도 좋다.
구체적으로는, 단계 S06∼S08 대신에, 이하에 나타내는 단계 S06a∼S08a를 행하면 좋다.
예컨대, 단계 S05 후에, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 기판(202)의 실리콘 기판층(L1)에 구멍(112)을 형성한다(단계 S06a). 구체적으로는, 예컨대 잘 알려진 포토리소그래피 기술과 드라이 에칭 기술에 의해서, 기판(202)의 실리콘 기판층(L1)을 선택적으로 제거함으로써, 제1 구멍(112)을 형성한다.
다음으로, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 기판(202)의 BOX층(L2)을 제거한다(단계 S07a). 구체적으로는, 예컨대 잘 알려진 포토리소그래피 기술과 드라이 에칭 기술에 의해서, 기판(202)의 제1 구멍(112) 내의 BOX층(L2)을 선택적으로 제거한다.
다음으로, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 기판(202)의 활성층(121)(L3)에, 제2 구멍(113)을 형성한다(단계 S08a). 구체적으로는, 예컨대 잘 알려진 포토리소그래피 기술과 에칭 기술(예컨대 웨트 에칭)에 의해서, 기판(202)의 활성층(121)을 선택적으로 제거함으로써, 제2 구멍(113)을 형성한다.
이상의 공정에 의해, 전술한 단계 S06∼S08과 동일하게, 제1 층(11), 제2 층(12), 및 제3 층(13)이 형성된 접합 기판을 형성할 수 있다.
(4) 압력 센서칩(1A)의 효과
이상, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)은, 1장의 다이어프램 상에 적층된 복수의 제3 층(13_1∼13_n)에서의 스토퍼부(131_1∼131_n)의 개구 면적이 다이어프램(124)으로부터 떨어질수록 커지도록 형성되고, 또한 각 제3 층(13_1∼13_n)에 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지의 저항이 다이어프램(124)의 동심원 상에 서로 이격되어 배치된 구조를 갖고 있다. 이에 따라, 실시형태 1에 따른 압력 센서칩(1)보다 측정 레인지가 넓은 압력용 멀티레인지 센서를 실현하는 것이 가능해진다.
≪실시형태 3≫
도 8a, 도 8b는, 본 발명의 실시형태 3에 따른 압력 센서칩의 구성을 나타내는 도면이다. 도 8a에는, 실시형태 3에 따른 압력 센서칩(1B)의 단면 형상이 모식적으로 표시되고, 도 8b에는, 실시형태 3에 따른 압력 센서칩(1B)의 평면 형상이 모식적으로 표시되고 있다. 또한, 도 8b에서는, 각 왜곡 게이지를 구성하는 저항의 배치예가 명확해지도록 일부의 구성 요소를 생략하여 도시하고 있다.
도 8a, 도 8b에 표시되는 압력 센서칩(1B)은 스토퍼부(131_1∼131_n)를 갖는 제3 층(13_1∼13_n)에 대응하여 설치되는 압력 검출용 왜곡 게이지가, 다이어프램(124)으로서 기능하는 제2 층(12)이 아니라, 각 제3 층(13_1∼13_n)에 형성되는 점에서, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)과 상이하고, 그 이외의 점에서는 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)과 동일하다.
또한, 실시형태 3에 따른 압력 센서칩(1B)의 구성 요소 중, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
(1) 압력 센서칩(1B)의 구성
압력 센서칩(1B)에서, 제3 층(13_1∼13_n)은, 절연층(예컨대 실리콘 산화막)(14)을 개재하여 적층되어 있다. 각 제3 층(13_1∼13_n)에는, 대응하는 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1∼126_n)가 각각 형성되어 있다.
구체적으로는, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_n)는 제2 층(12)측으로부터 n번째의 제3 층(13_n)에서, Z 방향으로부터 보아 제3 층(13_n)의 스토퍼부(131_n)의 외측의 영역에 형성된다. 예컨대, n=3으로 했을 때, 도 8a, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_3)는, Z 방향으로부터 보아 제3 층(13_3)의 스토퍼부(131_3)의 외측의 영역에 형성된다.
또한, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_j)(1≤j<n)는, 제2 층(12)측으로부터 j번째의 제3 층(13_j)에서, Z 방향으로부터 보아, j번째의 제3 층의 스토퍼부(131_j)보다 외측, 또한 (j+1)번째의 제3 층(131_(j+1))의 압력 검출용 왜곡 게이지(126_(j+1))보다 내측의 영역에 형성되어 있다.
예컨대, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_2)는, 제2 층(12)측으로부터 2번째의 제3 층(13_2)에서, Z 방향으로부터 보아, 2번째의 제3 층의 스토퍼부(131_2)보다 외측, 또한 3번째의 제3 층(13_3)의 압력 검출용 왜곡 게이지(126_3)보다 내측의 영역에 형성되어 있다. 또한, 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1)는, 제2 층(12)측으로부터 1번째의 제3 층(13_1)에서, Z 방향으로부터 보아, 1번째의 제3 층의 스토퍼부(131_1)보다 외측, 또한 2번째의 제3 층(13_2)의 압력 검출용 왜곡 게이지(126_2)보다 내측의 영역에 형성되어 있다.
압력 검출용 왜곡 게이지(126_1∼126_3)를 구성하는 저항으로 이루어지는 각 브릿지 회로의 각 노드는, 실시형태 2에 따른 압력 센서(1A)와 동일하게, 절연층(122) 상에 형성된 단자(Pa_1∼Pd_1, Pa_2∼Pd_2, Pa_3∼Pd_3)로서의 전극 패드에 각각 접속되어 있다. 예컨대, 각 제3 층(13_1∼13_3)에 형성된 확산 저항으로 이루어지는 배선에 의해서, 각 절연층(14) 상에 형성된 전극(129)에 각각 접속되어 있다.
한편, 제1 왜곡 게이지로서의 압력 검출용 왜곡 게이지(127)는, Z 방향으로부터 보아, 1번째의 제3 층(13_1)의 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1)보다 내측의 영역에 형성되어 있다. 또한, 압력 검출용 왜곡 게이지(127)를 구성하는 저항(R11∼R14)은, 전술한 고압 검출용 왜곡 게이지(125)와 동일한 브릿지 회로를 구성하고 있다.
상기의 구조를 갖는 압력 센서칩(1B)에 따르면, 압력 도입로(111)로부터 다이어프램(124)에 압력이 가해진 경우에, 다이어프램(124)이 제3 층(13_1)의 스토퍼부(131_1)에 착상하기까지는, 압력 검출용 왜곡 게이지(127)에 의해서 압력을 검출하고, 다이어프램(124)이 제3 층(13_1)의 스토퍼부(131_1)에 착상 후, 제3 층(13_1)이 제3 층(13_2)의 스토퍼부(131_2)에 착상하기까지는, 제3 층(13_1)에 형성된 압력 검출용 왜곡 게이지(126_1)에 의해서 압력을 검출한다. 압력 도입로(111)로부터 다이어프램(124)에 가해지는 압력이 더욱 증가한 경우에는, 제3 층(13_1)이 제3 층(13_2)의 스토퍼부(131_2)에 착상 후, 제3 층(13_2)이 제3 층(13_3)의 스토퍼부(131_3)에 착상하기까지는, 제3 층(13_2)에 형성된 압력 검출용 왜곡 게이지(126_2)에 의해서 압력을 검출한다. 또한, 제3 층(13_2)이 제3 층(13_3)의 스토퍼부(131_3)에 착상 후, 제3 층(13_3)이 변위한 경우에는, 제3 층(13_3)의 스토퍼부(131_3)에 형성된 압력 검출용 왜곡 게이지(126_3)에 의해서 압력을 검출한다.
(2) 압력 센서칩(1B)의 효과
이상, 실시형태 3에 따른 압력 센서칩(1B)에 따르면, 실시형태 2에 따른 압력 센서칩(1A)과 동일하게, 보다 측정 레인지가 넓은 압력용 멀티레인지 센서를 실현하는 것이 가능해진다.
≪실시형태 4≫
도 9a, 도 9b는, 본 발명의 실시형태 4에 따른 압력 센서칩의 구성을 나타내는 도면이다. 도 9a에는, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩(2)의 단면 형상이 모식적으로 표시되고, 도 9b에는, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩(2)의 평면 형상이 모식적으로 표시되고 있다.
도 9a, 도 9b에 표시되는 압력 센서칩(2)은, 저차압과 고차압을 측정 가능한 차압/정압 센서칩이다.
압력 센서칩(2)은, 저차압 검출용 왜곡 게이지 및 고압 검출용 왜곡 게이지가 각각 형성된 저압 검출용 다이어프램 및 고압 검출용 다이어프램이 평면 방향으로 나란히 형성되고, 각각의 다이어프램의 바로 위에 형성된 2개의 방을 연통로에 의해서 서로 공간적으로 연결한 구조의 다이어프램 병렬 배치형의 차압 센서칩이다.
또한, 실시형태 1에 따른 압력 센서(1)와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
(1) 압력 센서칩(2)
구체적으로, 압력 센서칩(2)은, 압력 도입하기 위한 제1 층(11), 다이어프램으로서 기능하는 제2 층(12), 다이어프램의 일방향으로의 변형을 제한하는 제3 층(13)이 적층된 구조를 갖고 있다.
제1 층(11)에는, 압력 센서칩(1)과 동일한 압력 도입로(111)가 2개 형성되어 있다. 여기서, 한쪽의 압력 도입로를 고압 검출용의「압력 도입로(111A)」라고 표기하고, 다른쪽의 압력 도입로를 저압 검출용의「압력 도입로(111B)」라고 표기한다. 또한, 압력 도입로(111A)를 구성하는 구멍을, 각각「제1 구멍(112A)」및「제2 구멍(113A)」이라고 표기하고, 압력 도입로(111B)를 구성하는 구멍을, 각각, 「제1 구멍(112B)」및「제2 구멍(113B)」이라고 표기한다.
제2 층(12)은, 제1 층(11)의 주면(11b) 상에 적어도 압력 도입로(111A, 111B)를 덮고 형성되어 있다. 제2 층(12) 중, 압력 도입로(111A)(제2 구멍(113A))를 덮는 영역은, 다이어프램(124A)으로서 기능하고, 압력 도입로(111B)(제2 구멍(113B))를 덮는 영역은, 다이어프램(124B)으로서 기능한다.
제2 층(12)은, 압력 센서칩(1)과 동일하게, 제1 층(11)의 주면(11b) 상에 형성된 활성층(121)과, 해당 활성층(121) 상에 형성된 절연층(예컨대, 산화실리콘(SiO2))(122)으로 구성되어 있다. 활성층(121) 중 다이어프램(124A)으로서 기능하는 영역에는, 다이어프램(124A)에 가해진 압력을 검출하는 감압 소자로서의 저압 검출용 왜곡 게이지(126A) 및 고압 검출용 왜곡 게이지(125A)가 형성되어 있다. 또한, 활성층(121) 중 다이어프램(124B)으로서 기능하는 영역에는, 다이어프램(124B)에 가해진 압력을 검출하는 감압 소자로서의 저압 검출용 왜곡 게이지(126B) 및 고압 검출용 왜곡 게이지(125B)가 형성되어 있다.
저압 검출용 왜곡 게이지(126A, 126B) 및 고압 검출용 왜곡 게이지(125A, 125B)의 상세에 관해서는 후술한다.
제3 층(13)은 주면(13a)을 갖고, 그 주면(13a)이 제2 층(12)의 절연층(122) 상에 접합되어 있다. 제3 층(13)의 주면(13a)에는, 압력 센서칩(1)과 동일한 구조의 스토퍼부(131)가 2개 형성되어 있다. 2개의 스토퍼부(131) 중, 다이어프램(124A)을 개재하여 압력 도입로(111A)와 대면하여 형성된 스토퍼부(131)를「스토퍼부(131A)」라고 표기하고, 다이어프램(124B)을 개재하여 압력 도입로(111B)와 대면하여 형성된 스토퍼부(131)를「스토퍼부(131B」라고 표기한다. 또한, 스토퍼부(131A)와 다이어프램(124A) 사이의 공간을「방(132A)」으로 표기하고, 스토퍼부(131B)와 다이어프램(124B) 사이의 공간을「방(132B)」으로 표기한다.
제3 층(13)에는, 방(132A)과 방(132B)을 연통하는 연통로(133)가 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 방(132A)과 방(132B)은 연통로(133)를 통해서 공간적으로 연결되어 있다.
연통로(133)는 제3 층(13)의 주면(13a)에서 스토퍼부(131A)와 스토퍼부(131B) 사이에 형성된 홈과, 그 홈을 덮는 제2 층(12)의 한쪽의 주면에 의해서 구성되어 있다.
방(132A, 132B)과 연통로(133)는, 압력 전달 물질(15)로 채워져 있다. 압력 전달 물질(15)은 다이어프램(124A, 124B)의 한쪽에 가해진 압력을, 연통로(133)를 개재하여 다이어프램(124A, 124B)의 다른쪽에 전달하기 위한 물질이다. 압력 전달 물질(15)로서는, 실리콘 오일이나 불소 오일 등을 예시할 수 있다.
구체적으로는, 도 9a에 나타낸 바와 같이, 제3 층(13)의 하나의 주면에 개구부를 갖고, 연통로(133)에 연통되는 연통로(135)를 형성한다. 그리고, 연통로(135)로부터 압력 전달 물질(오일)(15)을 도입하고, 연통로(135)를 밀봉 부재(136)에 의해서 밀봉함으로써, 방(132A, 132B)과 연통로(133)를 압력 전달 물질(15)에 의해서 채울 수 있다.
여기서, 저압 검출용 왜곡 게이지(126A, 126B) 및 고압 검출용 왜곡 게이지(125A, 125B)에 관해서 상세하게 설명한다.
고압 검출용 왜곡 게이지(125A)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124A)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아, 스토퍼부(131A)보다 외측의 영역에 형성되어 있다. 예컨대, 고압 검출용 왜곡 게이지(125A)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124A)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아 압력 도입로(111A)의 둘레가장자리부, 즉 제2 구멍(113A)의 엣지(113Aa)에 형성되어 있다.
고압 검출용 왜곡 게이지(125B)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124B)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아, 스토퍼부(131B)보다 외측의 영역에 형성되어 있다. 예컨대, 고압 검출용 왜곡 게이지(125B)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124B)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아 압력 도입로(111B)의 둘레가장자리부, 즉 제2 구멍(113B)의 엣지(113Ba)에 형성되어 있다.
한편, 저압 검출용 왜곡 게이지(126A)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124A)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아, 고압 검출용 왜곡 게이지(125A)보다 내측의 영역에 형성된다. 예컨대, 저압 검출용 왜곡 게이지(126A)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124A)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아 스토퍼부(131A)의 둘레가장자리부, 즉 엣지(131Aa)에 형성되어 있다.
저압 검출용 왜곡 게이지(126B)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124B)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아, 고압 검출용 왜곡 게이지(125B)보다 내측의 영역에 형성된다. 예컨대, 저압 검출용 왜곡 게이지(126B)는, 제2 층(12)의 다이어프램(124B)으로서 기능하는 영역에서, Z 방향으로부터 보아 스토퍼부(131B)의 둘레가장자리부, 즉 엣지(131Ba)에 형성되어 있다.
도 9a, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 저압 검출용 왜곡 게이지(126A)는, 저항(R11, R14)을 포함하고, 저압 검출용 왜곡 게이지(126B)는 저항(R12, R13)을 포함한다. 또한, 고압 검출용 왜곡 게이지(125A)는 저항(R21∼R24)을 포함하고, 고압 검출용 왜곡 게이지(125B)는 저항(R31∼R34)을 포함한다. 저항(R11∼R14, R21∼R24, R31∼R34)은, 예컨대, 활성층(121)의 절연층(122)측에 형성된 확산 저항이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 저항(R11∼R14, R21∼R24, R31∼R34)은, 저차압 검출용 브릿지 회로(B11), 고정압 검출용 브릿지 회로(B20A), 및 고정압 검출용 브릿지 회로(B20B)를 각각 구성하고 있다. 저차압 검출용 브릿지 회로(B11), 고정압 검출용 브릿지 회로(B20A), 및 고정압 검출용 브릿지 회로(B20B)의 각 노드는, 배선 패턴(도시하지 않음)을 개재하여, 절연층(122) 상에 형성된 전극 패드(129)에 각각 접속되어 있다. 각 전극 패드(129)는, 도 10에 표시되는 각 브릿지 회로(B11, B20A, B20B)의 단자(Pa, Pb, Pc, Pd, Da, Db, V+, GND, Sub, Temp) 등을 각각 구성하고 있다. 또한, 도 10에서, 저항 Rt은 온도 검출용의 소자이며, 단자 Sub는 제2 층(12)의 서브스트레이트의 전위를 고정하기 위한 단자이다.
(2) 압력 센서칩(2)의 동작
전술한 구조를 갖는 압력 센서칩(2)은, 이하와 같이 동작한다.
예컨대, 브릿지 회로(B11, B20A, B20B)의 단자 V+와 단자 GND 사이에 일정한 전류를 흘린 상태에서, 측정 대상의 유체로부터 다이어프램(124A)과 다이어프램(124B)에 압력이 가해진 경우를 생각한다.
이 경우, 다이어프램(124A, 124B)을 사이에 두고 압력 도입 구멍(111A, 111B)에 대면 배치되어 있는 방(132A, 132B)은, 연통로(133)에 의해서 연통되고, 또한 오일(15)로 채워져 있는 것으로부터, 다이어프램(124A, 124B)의 한쪽의 변위에 수반하는 오일(15)의 체적의 변화에 따른 압력이, 연통로(133)를 개재하여 다이어프램(124A, 124B)의 다른쪽에 인가된다.
이 때, 예컨대, 압력 도입로(111A)로부터 다이어프램(124A)에 인가되는 압력이 압력 도입로(111B)로부터 다이어프램(124B)에 인가되는 압력보다 큰 경우, 다이어프램(124B)은 상기 2개의 압력의 차에 따른 분만큼, 도 9a의 -Z 방향(압력 도입로(111B))으로 변위한다. 한편, 다이어프램(124A)은 상기 2개의 압력의 차에 따른 분만큼, 도 9a의 +Z 방향(스토퍼(131A)측)으로 변위한다.
이러한 다이어프램(124A, 124B)의 변위에 의해서 다이어프램(124A, 124B)에 생긴 응력이 왜곡 게이지(125A, 125B, 126A, 126B)에 가해짐으로써, 각 다이어프램(124A, 124B)에 가해진 압력에 따른 전기 신호가 브릿지 회로(B11, B20A, B20B)의 각 단자(Pa∼Pd, Da, Db)로부터 출력된다.
예컨대, 압력 도입로(111A, 111B)로부터 다이어프램(124A, 124B)에 압력이 가해지고, 다이어프램(124A, 124B)이 스토퍼부(131A, 131B)에 착상하기까지는, 다이어프램(124A, 124B)의 내부에 발생한 응력에 의한 저항(R11∼R14)의 저항값의 변화를 전압의 변화로서 단자(Da, Db)로부터 검출함으로써, 다이어프램(124A)에 가해진 압력과 다이어프램(124B)에 가해진 측정 대상의 유체의 압력과의 차이(저차압)를 측정할 수 있다.
또한, 다이어프램(124A)이 스토퍼부(131A)에 착상한 후에도 다이어프램(124A)에 더욱 큰 압력이 가해진 경우에는, 제3 층(13)이 +Z 방향으로 변형한다. 이 제3 층(13)의 변형에 수반하여 다이어프램(124A)의 내부에 발생한 응력에 의한 저항(R21∼R24)의 저항값의 변화를 전압의 변화로서 단자(Pa, Pb)로부터 검출함으로써, 다이어프램(124A)에 가해진 고압력(고정압)을 측정할 수 있다.
동일하게, 다이어프램(124B)이 스토퍼부(131B)에 착상한 후에도 다이어프램(124B)에 더욱 큰 압력이 가해진 경우에는, 제3 층(13)이 +Z 방향으로 변형한다. 이 제3 층(13)의 변형에 수반하여 다이어프램(124B)의 내부에 발생한 응력에 의한 저항(R31∼R34)의 저항값의 변화를 전압의 변화로서 단자(Pc, Pd)로부터 검출함으로써, 다이어프램(124B)에 가해진 고압력(고정압)을 측정할 수 있다.
또한, 다이어프램(124A, 124B)의 어느 한쪽이 스토퍼부(131A, 131B)에 착상한 상태에서, 단자(Pa, Pb)로부터 검출된 저항(R21∼R24)의 저항값의 변화에 기초한 전기 신호와, 단자(Pc, Pd)로부터 검출된 저항(R31∼R34)의 저항값의 변화에 기초한 전기 신호로부터, 다이어프램(124A)에 가해진 고압력(고정압)과 다이어프램(124B)에 가해진 고압력(고정압)과의 차이(고차압)를 측정할 수 있다.
(3) 압력 센서칩(2)의 효과
이상, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩(2)은, 다이어프램 병렬 배치형의 차압 센서칩에서, 2개의 압력 도입로와 2개의 스토퍼부와의 사이에 각각 설치된 2개의 다이어프램에 왜곡 게이지(126A, 126B)를 각각 배치하고, 그 왜곡 게이지(126A, 126B)의 외측에 왜곡 게이지(125A, 125B)를 각각 배치한 구조를 갖고 있다.
이에 따라, 압력 센서칩(2)은, 각각의 다이어프램이 스토퍼부에 착상하기까지의 사이는, 다이어프램의 내측의 왜곡 게이지(126A, 126B)에 의해서 압력을 검출하는 것에 의해서, 각각의 압력 도입로로부터 인가된 2개의 압력의 차를 측정할 수 있다. 또한, 어느 한쪽의 다이어프램이 스토퍼부에 착상한 후에는, 그 다이어프램의 외측의 왜곡 게이지(125A, 125B)에 의해서 압력을 검출함으로써, 그 다이어프램에 대향 배치된 압력 도입로에 인가된 압력(고정압)을 측정할 수 있다. 이 때, 왜곡 게이지(125A, 125B)에 의해서 검출된 각각의 압력(고정압)의 차로부터, 고차압을 측정하는 것이 가능해진다.
따라서, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩(2)에 따르면, 차압의 측정 레인지를 멀티화한 1칩의 멀티레인지 센서를 실현할 수 있다.
또한, 압력 센서칩(2)에서, 저압 검출용의 왜곡 게이지(126A, 126B)를 한쪽의 다이어프램에 통합하여 형성하는 것은 아니고, 각각의 다이어프램에 분할하여 형성함으로써, 방(132A, 132B) 및 연통로(133)에 도입되어 있는 압력 전달 물질로서의 오일의 팽창 및 수축에 의한 다이어프램의 변위에 수반하여 왜곡 게이지(126A, 126B)에 생기는 응력에 기초한, 압력의 측정 오차를 억제하는 것이 가능해진다.
≪실시형태 5≫
다음으로, 전술한 본 발명에 따른 압력 센서칩을 적용한 압력 발신기의 일례를 이하에 나타낸다.
도 11은, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩(2)을 탑재한 압력 발신기의 구조를 나타내는 도면이다.
동 도면에 표시되는 압력 발신기(100)는, 실시형태 4에 따른 다이어프램 병렬 배치형의 센서칩을 이용한 차압 발신기이다.
압력 발신기(100)는, 계측 대상의 유체의 차압을 검출하기 위한 주된 기능부로서, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩(2), 지지 기판(3), 다이어프램 베이스(5), 및 중계 기판(4)을 갖고 있다. 이하, 상기 기능부에 관해서 상세하게 설명한다.
또한, 본 실시형태에서는, 압력 발신기(100)를 구성하는 모든 기능부 중, 유체의 차압을 검출하기 위한 주된 기능부에 관해서 상세히 설명하고, 그 이외의 기능부, 예컨대, 압력 센서칩(2)에 의해서 검출된 압력에 따른 전기 신호에 기초하여 각종의 신호 처리를 행하는 신호 처리 회로나, 신호 처리 회로에 의한 신호 처리 결과에 기초한 각종 정보를 출력하는 표시 장치 등의 기능부에 관한 상세한 설명 및 도면을 생략한다.
지지 기판(3)은, 다이어프램 베이스(5) 상에서 압력 센서칩(2)을 지지하고, 다이어프램 베이스(5)와 압력 센서칩(2)을 절연하기 위한 기판이다. 지지 기판(3)은, 예컨대 유리 기판이다.
지지 기판(3)은, 주면('제7 주면', 3a)과 그 반대측의 주면('제8 주면', 3b)을 관통하는 관통 구멍(30_1, 30_2)이 형성되어 있다. 관통 구멍(30_1)과 관통 구멍(30_2)은, 주면(3a) 및 주면(3b)에서 평면 방향으로 이격하여 형성되어 있다.
지지 기판(3)은 압력 센서칩(2)과 접합되어 있다. 구체적으로는, 지지 기판(3)의 주면(3a)에 수직인 방향으로부터 보아, 관통 구멍(30_1)과 압력 도입로(111A)가 중복되고, 또한 관통 구멍(30_2)과 압력 도입로(111B)가 중복되어 있는 상태에서, 지지 기판(3)의 주면(3b)이 압력 센서칩(2)의 주면(20a)에 접합되어 있다.
여기서, 예컨대, 압력 센서칩(2)이 실리콘, 지지 기판(3)이 유리인 경우에는, 압력 센서칩(2)의 주면(20a)과 지지 기판(3)의 주면(3b)은 양극 접합에 의해 접합된다.
다이어프램 베이스(5)는, 압력 센서칩(2)을 지지하고, 계측 대상의 유체의 압력을 압력 센서칩(2)에 유도하기 위한 금속 재료로 이루어지는 베이스이다. 상기 금속 재료로서는, 스테인리스강(SUS)을 예시할 수 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 다이어프램 베이스(5)는, 주면('제5 주면', 5a)과 그 반대측의 주면('제6 주면', 5b)을 갖는다. 다이어프램 베이스(5)에는, 주면(5a)과 주면(5b)을 관통하는 2개의 관통 구멍(51_1, 51_2)이 형성되어 있다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(51_1, 51_2)은, 주면(5a)측의 개구부가 주면(5b)측의 개구부보다 개구 면적이 넓게 형성되어 있다.
관통 구멍(51_1)의 주면(5a)측의 개구부는, 계측 대상의 유체로부터의 압력을 받기 위한 다이어프램(50_1)에 의해서 덮여 있다. 동일하게, 관통 구멍(51_2)의 주면(5a)측의 개구부는, 계측 대상의 유체로부터의 압력을 받기 위한 다이어프램(50_2)에 의해서 덮여 있다. 다이어프램(50_1, 50_2)은, 예컨대 스테인리스강(SUS)으로 구성되어 있다.
이하, 다이어프램(50_1, 50_2)에 의해서 한쪽의 개구부가 덮힌 관통 구멍(51_1, 51_2)을「유체 압력 도입 구멍(51_1, 51_2)」이라고 각각 칭한다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 다이어프램 베이스(5)의 주면(5b)측에는, 지지 기판(3)과 접합된 압력 센서칩(2)이 적재되어 고정되어 있다. 구체적으로는, 지지 기판(3)과 접합된 압력 센서칩(2)은, Z 방향으로부터 보아, 지지 기판(3)의 주면(3a)에 형성된 관통 구멍(30_1, 30_2)과 유체 압력 도입 구멍(51_1, 51_2)이 중복되는 상태에서, 고정 부재(6B)에 의해서 다이어프램 베이스(5)의 주면(5b) 상에 고정된다.
여기서, 고정 부재(6B)는, 예컨대 에폭시계의 접착제이다.
다이어프램 베이스(5)의 주면(5b)의 지지 기판(3)(압력 센서칩(2))이 접합되어 있는 영역 이외의 영역에는, 중계 기판(4)이 고정되어 있다. 중계 기판(4)은, 예컨대 에폭시계의 접착제로 이루어지는 고정 부재(6A)에 의해서 다이어프램 베이스(5)의 주면(5b) 상에 고정되어 있다.
중계 기판(4)은, 전술한 압력 센서칩(2)에 형성된 복수의 감압 소자(230_1, 230_2)(피에조 저항 소자)에 의해서 구성된 브릿지 회로에 전력을 공급하기 위한 외부 단자나, 상기 브릿지 회로로부터 전기 신호를 추출하기 위한 외부 단자 등이 형성된 회로 기판이다.
구체적으로는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 중계 기판(4)은, 그 한쪽의 주면에 형성된, 상기 외부 출력 단자로서의 복수의 전극 패드(40)를 갖고 있다. 복수의 전극 패드(40)는, 예컨대 금(Au) 등의 금속 재료로 이루어지는 본딩 와이어(8)에 의해서, 압력 센서칩(2)의 주면(20b) 상에 형성된 전극 패드(129)와 각각 접속되어 있다.
또한, 중계 기판(4)에는, 상기 전극 패드(40)의 외에, 복수의 외부 출력핀(도시하지 않음)이 배설되고, 각 전극 패드(40)와 각 외부 출력핀을 전기적으로 접속하는 배선 패턴(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 이에 따라, 압력 센서칩(2)은, 전극 패드(129), 본딩 와이어(8), 전극 패드(40), 상기 배선 패턴, 및 상기 외부 출력핀을 개재하여, 신호 처리 회로나 전원 회로 등의 그 밖의 회로와 전기적으로 접속된다.
또한, 신호 처리 회로나 전원 회로 등은, 중계 기판(4)에 배치되어 있어도 좋고, 중계 기판(4)과 상기 외부 출력핀에 의해서 접속되는 별도의 회로 기판(도시하지 않음)에 배치되어 있어도 좋다.
다이어프램 베이스(5)의 유체 압력 도입 구멍(51_1, 51_2)과 압력 센서칩(2)의 압력 도입 구멍(111A, 111B)은, 지지 기판(3)의 관통 구멍(30_1, 30_2)을 개재하여 각각 연통되어 있다.
다이어프램 베이스(5)의 유체 압력 도입 구멍(51_1, 51_2)의 내부와, 지지 기판(3)의 관통 구멍(30_1, 30_2)의 내부와, 압력 센서칩(2)의 압력 도입 구멍(111A, 111B)의 내부는, 압력 전달 물질(53)로 채워져 있다. 압력 전달 물질(53)로서는, 압력 전달 물질(15)과 동일하게, 실리콘 오일이나 불소 오일을 예시할 수 있다. 이하, 압력 전달 물질(53)을「오일(53)」이라고도 칭한다.
오일(53)은, 압력 발신기(100)의 제조 공정에서, 다이어프램 베이스(5)에 형성된 유체 압력 도입 구멍(51_1, 51_2)과 연통되는 오일 도입 구멍(54_1, 54_2)으로부터 도입된다. 오일 도입 구멍(54_1, 54_2)은, 오일(53)이 도입된 후, 금속으로 이루어지는 밀봉 부재(예컨대, 구형의 금속 재료)(55_1, 55_2)에 의해서 각각 밀봉된다.
(4) 차압 발신기의 동작
전술한 구조를 갖는 압력 발신기(100)는, 이하와 같이 동작한다.
예컨대, 계측 대상의 유체가 흐르는 파이프 라인에 압력 발신기(100)를 실장하는 경우를 생각한다. 이 경우, 예컨대, 파이프 라인의 상류측(고압측)의 유체의 압력을 다이어프램(50_1)으로 검출하고, 하류측(저압측)의 유체의 압력을 다이어프램(50_2)으로 검출하도록 압력 발신기(100)를 파이프 라인에 실장한다.
이 상태에서, 다이어프램(50_1)에 유체의 압력이 인가되면, 다이어프램(50_1)이 변위하고, 그 변위에 따라서 압력 전달 물질(53)이, 유체 압력 도입 구멍(51_1)으로부터 압력 센서칩(2)의 압력 도입 구멍(111A)측으로 이동한다. 이 압력 전달 물질(53)의 이동에 따른 압력이 압력 센서칩(2)의 다이어프램(124A)에 인가되어, 다이어프램(124A)이 변위한다.
동일하게, 다이어프램(50_2)에 유체의 압력이 인가되면, 다이어프램(50_2)이 변위하고, 그 변위에 따라서 압력 전달 물질(53)이, 유체 압력 도입 구멍(51_2)으로부터 압력 센서칩(2)의 압력 도입 구멍(111B)측으로 이동한다. 이 압력 전달 물질(53)의 이동에 따른 압력이 압력 센서칩(2)의 다이어프램(124B)에 인가되고, 다이어프램(124B)이 변위한다.
이 때, 다이어프램(124A, 124B)을 사이에 두고 압력 도입 구멍(111A, 111B)에 대면 배치되어 있는 방(132A, 132B)은 연통로(133)에 의해서 연통되고, 또한 오일(15)로 채워져 있는 것으로부터, 다이어프램(124A, 124B)의 한쪽의 변위에 수반하는 오일(15)의 이동에 따른 압력이, 연통로(133)를 개재하여 다이어프램(124A, 124B)의 다른쪽에 인가된다.
따라서, 예컨대, 압력 도입 구멍(111A)으로부터 다이어프램(124A)에 인가되는 압력이 압력 도입 구멍(111B)으로부터 다이어프램(124B)에 인가되는 압력보다 큰 경우, 다이어프램(124B)은, 상기 2개의 압력의 차이에 따른 분만큼, 도 11의 -Z 방향(지지 기판(3)측)으로 변위한다. 한편, 다이어프램(124A)은 상기 2개의 압력의 차에 따른 분만큼, 도 11의 +Z 방향으로 변위한다.
이러한 다이어프램(124A, 124B)의 변위에 의해서 다이어프램(124A, 124B)에 생긴 응력이 왜곡 게이지(125A, 125B, 126A, 126B)에 가해지고, 각 왜곡 게이지(125A, 125B, 126A, 126B)를 구성하는 저항(R11∼R14, R21∼R24, R31∼R34)의 저항값의 변화에 따른 전기 신호가 압력 센서칩(2)으로부터 출력된다. 이 전기 신호는, 도시되지 않는 신호 처리 회로에 입력되고, 신호 처리 회로가 필요한 신호 처리를 실행함으로써, 전술한 바와 같이, 계측 대상의 유체의 저차압 및 고차압의 정보, 및 고정압의 정보가 얻어진다. 이 차압의 정보는, 예컨대, 압력 발신기(100)의 표시 장치(도시하지 않음)에 표시되고, 또는, 통신 회선을 개재하여 외부 기기에 송신된다.
이상, 실시형태 5에 따른 압력 발신기에 따르면, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩을 이용함으로써, 저차압, 고차압, 및 고정압의 측정이 가능한 차압/정압 발신기를 실현할 수 있다. 특히, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩에 따르면, 1칩으로 저차압, 고차압, 및 고정압의 검출할 수 있는 것으로부터, 차압/정압 발신기를 보다 저비용으로 실현하는 것이 가능해진다.
≪실시형태의 확장≫
이상, 본 발명자들에 의해서 이루어진 발명을 실시형태에 기초하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 그것에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경 가능한 것은 물론이다.
예컨대, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩(2)에서, 열에 의한 오일(15)의 팽창 또는 수축에 기초한 압력의 측정 오차가 요구 사양에 영향을 미치지 않는 경우에는, 다이어프램(124A, 124B)의 어느 한쪽에 저항(R11∼R14)을 통합하여 형성해도 좋다.
상기 실시형태에 따른 압력 센서칩(2)은, 도 11 등에 나타낸 구조를 갖는 압력 발신기(100)뿐만 아니라, 각종의 구조를 갖는 차압 발신기에 적용할 수 있는 것은 물론이다. 즉, 상기 실시형태에서 나타낸 압력 발신기(100)는, 어디까지나 일례이며, 차압 발신기로서 요구되는 사양이나 용도 등에 따라서, 예컨대 다이어프램 베이스(5)를 구성하는 재료나 형상 등이 압력 발신기(100)와 상이한 차압 발신기에도, 본 발명에 따른 압력 센서칩을 적용하는 것이 가능하다.
또한, 실시형태 5에서는, 실시형태 4에 따른 압력 센서칩(2)을 이용하여 압력 발신기를 실현하는 경우를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 실시형태 1 내지 3에 따른 압력 센서칩(1, 1A, 1B)을 이용하여 멀티레인지의 압력 발신기를 실현할 수 있는 것은 물론이다. 이 경우에는, 압력 발신기에 필요한 압력 도입로(111)는 하나이기 때문에, 계측 대상의 유체의 압력을 그 압력 도입로(111)에 유도하기 위한 경로를 구성하는 부품 등(예컨대, 다이어프램(50_1, 50_2) 등)은 1조 있으면 좋다.
1, 1A, 1B, 1X, 2 : 압력 센서칩 11 : 제1 층
12 : 제2 층 13, 13_1∼13_n : 제3 층
14 : 절연층 15 : 압력 전달 물질
111, 111A, 111B : 압력 도입로 112 : 제1 구멍
113 : 제2 구멍 113a : 엣지
121 : 활성층 122 : 절연층
124, 124A, 124B : 다이어프램
125, 126, 126_1, 126_2, 126_3, 127 : 왜곡 게이지
129 : 전극 패드 131, 131_1∼131_n : 스토퍼부
131a, 131a_1∼131a_n : 엣지 132, 132_1∼132_n : 방
133, 135 : 연통로 134 : 구멍
136 : 밀봉 부재
R11∼R14, R21∼R24, R21_1∼R24_1, R21_2∼R24_2, R21_3∼R24_3, R31∼R34 : 저항
B10, B11, B20, B20_1, B20_2, B20_3 : 브릿지 회로
5 : 다이어프램 베이스 5a, 5b : 다이어프램 베이스의 주면
3 : 지지 기판 3a, 3b : 지지 기판의 주면
4 : 중계 기판 6A, 6B : 고정 부재
8 : 본딩 와이어 50_1, 50_2 : 다이어프램
51_1, 51_2 : 유체 압력 도입 구멍 53 : 압력 전달 물질
54_1, 54_2 : 오일 도입 구멍 55_1, 55_2 : 밀봉 부재
20a : 압력 센서칩의 주면 40 : 전극 패드
30_1, 30_2, 51 a_1, 51 a_2 : 관통 구멍
100 : 압력 발신기

Claims (10)

  1. 계측 대상의 유체의 압력을 검출하는 압력 센서칩으로서,
    제1 주면, 및 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면에 개구된 압력 도입로를 포함하는 제1 층과,
    상기 압력 도입로의 일단부를 덮는 다이어프램과, 제1 왜곡 게이지와, 제2 왜곡 게이지를 포함하며, 상기 제1 층의 상기 제2 주면 상에 배치된 제2 층과,
    제3 주면과, 상기 제3 주면에 형성된 오목부를 포함하며, 상기 제3 주면이 상기 제2 층 상에 배치된 제3 층을 포함하고,
    상기 오목부는 상기 다이어프램을 개재하여 상기 압력 도입로와 대면하여 형성되고,
    상기 오목부는, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 압력 도입로의 내측에 형성되며,
    상기 제1 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 오목부의 외측의 영역에 형성되고,
    상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제1 왜곡 게이지보다 내측의 영역에 형성되며,
    상기 제1 왜곡 게이지는, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 압력 도입로의 둘레가장자리부에 형성되고,
    상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 오목부의 둘레가장자리부에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 층은 상기 오목부와 연통되는 구멍을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압력 도입로의 둘레가장자리부의 상기 제1 주면과 평행한 방향으로부터 본 단면은, 원호형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
  4. 계측 대상의 유체의 압력을 검출하는 압력 센서칩으로서,
    제1 주면, 및 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면에 개구된 압력 도입로를 포함하는 제1 층과,
    상기 압력 도입로의 일단부를 덮는 다이어프램과, 제1 왜곡 게이지와, 제2 왜곡 게이지를 포함하며, 상기 제1 층의 상기 제2 주면 상에 배치된 제2 층과,
    제3 주면과, 상기 제3 주면에 형성된 오목부를 포함하며, 상기 제3 주면이 상기 제2 층 상에 배치된 제3 층을 포함하고,
    상기 오목부는 상기 다이어프램을 개재하여 상기 압력 도입로와 대면하여 형성되고,
    상기 오목부는, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 압력 도입로의 내측에 형성되며,
    상기 제1 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 오목부의 외측의 영역에 형성되고,
    상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제1 왜곡 게이지보다 내측의 영역에 형성되며,
    상기 제3 층은, 상기 제2 층 상에 n(n은 2이상의 정수)개 적층되고,
    상기 제2 층측으로부터 i(1<i≤n)번째의 상기 제3 층의 상기 오목부는, (i-1)번째의 상기 제3 층의 상기 오목부보다 큰 개구 면적을 가지며,
    상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제3 층마다 대응하여 설치되고,
    상기 제1 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 n번째의 상기 제3 층의 상기 오목부의 외측에 형성되며,
    상기 제2 층측으로부터 n번째의 상기 제3 층에 대응하는 상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제1 왜곡 게이지의 내측, 또한 (n-1)번째의 상기 제3 층의 상기 오목부의 외측의 영역에 형성되고,
    상기 제2 층측으로부터 j(1<j<n)번째의 상기 제3 층에 대응하는 상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, (j+1)번째의 상기 제3 층에 대응하는 상기 제2 왜곡 게이지보다 내측, 또한 (j-1)번째의 상기 제3 층의 상기 오목부의 외측의 영역에 형성되며,
    상기 제2 층측으로부터 1번째의 상기 제3 층에 대응하는 상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 2번째의 상기 제3 층에 대응하는 상기 제2 왜곡 게이지보다 내측에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 층측으로부터 k(1≤k≤n)번째의 상기 제3 층에 대응하는 상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제2 층측으로부터 k번째의 상기 제3 층의 상기 오목부의 둘레가장자리부에 형성되고,
    상기 제1 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 압력 도입로의 둘레가장자리부에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
  6. 계측 대상의 유체의 압력을 검출하는 압력 센서칩으로서,
    제1 주면, 및 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 각각 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면에 개구된 제1 압력 도입로 및 제2 압력 도입로를 포함하는 제1 층과,
    상기 제1 압력 도입로를 덮는 제1 다이어프램과, 상기 제2 압력 도입로를 덮는 제2 다이어프램과, 제1 왜곡 게이지와, 제2 왜곡 게이지와, 제3 왜곡 게이지와, 제4 왜곡 게이지를 포함하며, 상기 제1 층의 상기 제2 주면 상에 배치된 제2 층과,
    제3 주면, 및 상기 제3 주면과 반대측의 제4 주면과, 상기 제3 주면에 형성된 제1 오목부 및 제2 오목부와, 상기 제1 오목부와 상기 제2 오목부를 연통하는 제1 연통로와, 상기 제4 주면에 개구부를 포함하며 상기 제1 연통로에 연통된 제2 연통로를 포함하며, 상기 제3 주면이 상기 제2 층 상에 배치된 제3 층을 포함하고,
    상기 제1 오목부는 상기 제1 다이어프램을 개재하여 상기 제1 압력 도입로와 대면하여 형성되고,
    상기 제2 오목부는, 상기 제2 다이어프램을 개재하여 상기 제2 압력 도입로와 대면하여 형성되며,
    상기 제1 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 제1 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제1 오목부의 외측의 영역에 형성되고,
    상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 제1 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제1 왜곡 게이지보다 내측의 영역에 형성되며,
    상기 제3 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 제2 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제2 오목부의 외측의 영역에 형성되고,
    상기 제4 왜곡 게이지는, 상기 제2 층의 상기 제2 다이어프램으로서 기능하는 영역에서, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제3 왜곡 게이지보다 내측의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
  7. 제6항에 기재된 압력 센서칩과,
    제5 주면과, 상기 제5 주면과 반대측의 제6 주면과, 각각 상기 제5 주면과 상기 제6 주면에 개구되는 제1 유체 압력 도입 구멍 및 제2 유체 압력 도입 구멍을 포함하는 베이스와,
    상기 베이스의 상기 제5 주면 상에 설치되고, 상기 제1 유체 압력 도입 구멍의 일단부를 덮는 제3 다이어프램과,
    상기 베이스의 상기 제5 주면 상에 설치되고, 상기 제2 유체 압력 도입 구멍의 일단부를 덮는 제4 다이어프램과,
    제7 주면과, 상기 제7 주면과 반대측의 제8 주면과, 각각 상기 제7 주면 및 상기 제8 주면에 개구되는 제1 관통 구멍 및 제2 관통 구멍을 포함하며, 상기 제7 주면이 상기 베이스 상에 고정되고 상기 제8 주면이 상기 제1 층의 상기 제1 주면에 접합되어, 상기 압력 센서칩을 지지하는 지지 기판을 포함하고,
    상기 제1 유체 압력 도입 구멍과 상기 제1 관통 구멍이 연통되고,
    상기 제2 유체 압력 도입 구멍과 상기 제2 관통 구멍이 연통되는 것을 특징으로 하는 압력 발신기.
  8. 계측 대상의 유체의 압력을 검출하는 압력 센서칩으로서,
    제1 주면, 및 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 포함하며, 상기 제1 주면과 상기 제2 주면을 관통하는 압력 도입로를 포함하는 제1 층과,
    제1 왜곡 게이지를 포함하며, 상기 제1 층의 상기 제2 주면 상에 압력 도입 구멍을 덮어 형성되며, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 상기 압력 도입로와 중복되는 영역이 다이어프램으로서 기능하는 제2 층과,
    상기 제2 층 상에 적층된 n(n은 2이상의 정수)개의 제3 층을 포함하고,
    상기 n개의 제3 층은,
    제3 주면, 및 상기 제3 주면과 반대측의 제4 주면과,
    상기 제3 주면에 형성된 오목부와,
    상기 제4 주면측에 형성된 제2 왜곡 게이지를 각각 포함하고,
    상기 제2 층측으로부터 1번째의 상기 제3 층은, 상기 제3 주면이 상기 제2 층에 접합되고, 상기 오목부가 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아 상기 압력 도입 구멍의 내측의 영역에 형성되고,
    상기 제2 층측으로부터 i(1<i≤n)번째의 상기 제3 층은, 상기 제3 주면이 (i-1)번째의 상기 제3 층의 상기 제4 주면에 접합되며,
    i번째의 상기 제3 층의 상기 오목부의 개구 면적은, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 (i-1)번째의 상기 제3 층의 상기 오목부보다 크게 형성되고,
    상기 제2 층측으로부터 n번째의 상기 제3 층의 상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, n번째의 상기 제3 층의 상기 오목부의 외측의 영역에 형성되며,
    상기 제2 층측으로부터 j(1≤j<n)번째의 상기 제3 층의 상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 j번째의 상기 제3 층의 상기 오목부보다 외측, 또한 (j+1)번째의 상기 제3 층의 상기 제2 왜곡 게이지보다 내측의 영역에 형성되고,
    상기 제1 왜곡 게이지는, 상기 제1 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 1번째의 상기 제3 층의 상기 제2 왜곡 게이지보다 내측의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩.
  9. 대향하는 2개의 주면을 포함하는 제1 기판의 한쪽의 상기 주면에 제1 오목부를 형성하는 제1 단계와,
    상기 제1 기판의 상기 한쪽의 상기 주면에, 제1 왜곡 게이지 및 제2 왜곡 게이지가 형성된 제2 기판을 접합하여, 상기 제1 기판의 상기 제1 오목부를 상기 제2 기판으로 덮는 제2 단계와,
    상기 제1 오목부보다 개구 면적이 넓은 관통 구멍이 형성된 제3 기판을, 제2 층의 상기 제1 기판에 접합된 면과 반대측의 면에 접합하는 제3 단계를 포함하고,
    상기 제1 왜곡 게이지는, 상기 제1 기판의 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제1 오목부의 외측의 영역에 형성되고,
    상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제1 기판의 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 제1 왜곡 게이지보다 내측의 영역에 형성되며,
    상기 제1 왜곡 게이지는, 상기 제1 기판의 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 관통 구멍의 둘레가장자리부에 형성되고,
    상기 제2 왜곡 게이지는, 상기 제1 기판의 주면과 수직인 방향으로부터 보아, 상기 오목부의 둘레가장자리부에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서칩의 제조 방법.
  10. 삭제
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