WO2014188817A1 - 圧力センサ及びそれを用いたマスフローメータ並びにマスフローコントローラ - Google Patents

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pressure sensor
strain sensor
strain
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健悟 鈴木
坂口　勇夫
風間　敦
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日立金属株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor, and more particularly to a pressure sensor suitable for detecting pressure by utilizing deformation of a diaphragm accompanying pressure application, a mass flow meter and a mass flow controller using the pressure sensor.
  • a pressure sensor that detects the pressure using the deformation of the diaphragm accompanying the pressure application
  • a pressure sensor that detects the deformation of the diaphragm accompanying the pressure application as a strain by forming (pasting) a strain gauge on the diaphragm. Is well known.
  • strain gauge changes its electrical resistance even with slight deformation.
  • strain gauges are formed as a set of four, and a method of measuring differential voltage output proportional to pressure by configuring a bridge circuit is often used. It is possible to compensate for the temperature characteristics of For example, even if the strain gauge itself has temperature characteristics, the output of the strain sensor does not vary when the deformation of the four strain gauges due to temperature changes is equal.
  • a pressure sensor with a structure in which a silicon diaphragm is formed as a pressure receiving part by thinning part of the silicon substrate, and a strain gauge is formed on the diaphragm by impurity diffusion. It is done.
  • This sensor has advantages such as high sensitivity and the ability to form an IC as an integral structure.
  • Patent Document 1 discloses a pressure sensor in which a first diaphragm made of a first material transmits a lateral expansion with respect to temperature to a strain gauge of a strain sensor of a second material. Transverse expansion is transmitted through a first bonding material provided between the first diaphragm and at least a portion.
  • the first diaphragm made of the first material has a larger coefficient of thermal expansion than the strain sensor of the second material, and the first diaphragm causes the lateral expansion with respect to the temperature to the strain of the strain sensor.
  • the lateral expansion is transmitted to the gauge through a first bonding material provided between the first diaphragm and at least a part of the first region.
  • Patent Document 2 includes a thick beam portion in the diameter direction of the diaphragm, a thin film portion excluding the thick beam portion, and a strain sensor formed on the upper surface of the thick beam portion.
  • a diaphragm of a semiconductor pressure sensor is described, and it can be assumed that a step is formed between a thick beam portion and a thin film portion.
  • Patent Document 1 described above describes a mechanism of a pressure sensor that prevents the strain sensor from being damaged due to a difference in thermal expansion coefficient between the strain sensor and the diaphragm.
  • the initial zero point output by fixing the strain sensor at a high temperature is described.
  • the effect of improving the zero point output fluctuation due to the offset of the sensor and the temperature change when the sensor is used cannot be expected.
  • the installation location of the strain sensor needs to be a location where a strain difference occurs in the strain sensor in order to obtain an output with the application of pressure. Therefore, the deformation of the strain sensor caused by the difference between the thermal expansion coefficients of the strain sensor and the diaphragm accompanying the temperature change is not isotropic, and the above-described problem occurs.
  • the bonding layer for efficiently transmitting the deformation of the diaphragm thin film portion to the strain sensor is greatly influenced by Au / Sn or Au / Ge which are hard materials.
  • the strain sensor when the temperature outside the pressure sensor decreases, the strain sensor generates compressive strain in both the X direction (see FIG. 2) and the Y direction (see FIG. 2). If the two strains are equal, the output will not change, but since the strain sensor is fixed to the thick part of the end of the diaphragm thin film part, the compressive strain in the Y direction will be larger than the X direction. Changes. This is because stress is relaxed in the X direction due to deformation of the diaphragm thin film portion, but stress is not relaxed compared to the X direction because the area of the diaphragm thin film portion is small and difficult to deform in the Y direction.
  • the diaphragm and the strain sensor are fixed at a high temperature of 280 ° C. or higher, such as Au / Sn eutectic bonding, a strain difference occurs in the X and Y directions when the temperature is lowered after bonding. , Detected as the output offset of the initial zero point.
  • problems such as the need for a circuit for correcting the offset to zero and the use range of the pressure sensor become narrow.
  • the zero point output of the pressure sensor fluctuates because there is a temperature change of about 100 ° C. for a consumer pressure sensor and about 160 ° C. for an in-vehicle pressure sensor.
  • Patent Document 2 does not describe that the strain sensor is arranged at the end of the diaphragm, and the positional relationship between the strain sensor and the step is unknown, and it is clear that the above problem cannot be solved. is there.
  • the present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor with improved output offset at the initial zero point of the strain sensor and zero point output fluctuation accompanying temperature change, and mass flow using the same. It is to provide a meter and a mass flow controller.
  • a pressure sensor includes a diaphragm formed of a first material including a thin film portion deformed by pressure and a support portion, and a plurality of second materials bonded to the diaphragm.
  • a strain sensor forming a strain gauge, wherein the strain sensor is joined to an end position away from the center of the diaphragm, and the direction from which the strain sensor is joined to the diaphragm center.
  • a step is formed on the diaphragm adjacent to or at a predetermined distance from the strain sensor.
  • the mass flow meter of the present invention is characterized in that the pressure to be evaluated is monitored by incorporating the pressure sensor having the above configuration in order to achieve the above object.
  • the mass flow controller of the present invention is characterized by incorporating the pressure sensor having the above configuration and monitoring the pressure to be evaluated.
  • a pressure sensor that improves the output offset of the initial zero point of the strain sensor and the output fluctuation of the zero point accompanying a temperature change, and a mass flow meter and a mass flow controller using the pressure sensor.
  • FIG. 2 is a perspective view including a cross section of the pressure sensor shown in FIG. 1 along a broken line AA.
  • adopted for the pressure sensor of this invention is shown, and it is an example of the bridge circuit formed with four strain gauges.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. 4. It is a top view which shows the pressure receiving structure comprised with the diaphragm and strain sensor in Example 2 of the pressure sensor of this invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. 6. It is a top view which shows the pressure receiving structure comprised with the diaphragm and strain sensor in Example 3 of the pressure sensor of this invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. It is a top view which shows the pressure receiving structure comprised with the diaphragm and strain sensor in Example 4 of the pressure sensor of this invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. 10. It is a top view which shows the pressure receiving structure comprised with the diaphragm and strain sensor in Example 5 of the pressure sensor of this invention.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. It is a top view which shows the pressure receiving structure comprised with the diaphragm and strain sensor in Example 6 of the pressure sensor of this invention.
  • FIG. 15 is a sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. 14. It is a top view which shows the pressure receiving structure comprised with the diaphragm and strain sensor in Example 7 of the pressure sensor of this invention.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. It is a top view which shows the pressure receiving structure comprised with the diaphragm and strain sensor in Example 8 of the pressure sensor of this invention.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. It is a top view which shows the pressure receiving structure comprised with the diaphragm and strain sensor in Example 9 of the pressure sensor of this invention.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA of FIG.
  • the pressure sensor of the present invention will be described based on the illustrated embodiment.
  • the subject of the present invention is a pressure sensor, and in the following embodiments, an absolute pressure sensor using a strain sensor will be described as an example. Moreover, in each Example, the same code
  • the pressure sensor 1 in this embodiment includes an airtight housing 5, a diaphragm 2 disposed in an airtight space 6 formed at the center of the airtight housing 5, and a joint on the diaphragm 2.
  • the strain sensor 3 is generally configured through the layer 4.
  • the diaphragm 2 described above includes a diaphragm thin film portion 21, a diaphragm support portion 22 that supports the diaphragm thin film portion 21, a flange 23 that fixes the diaphragm support portion 22 to the hermetic housing 5, and a diaphragm thin film portion 21 that will be described in detail later. It is comprised with the level
  • the diaphragm 2 is formed of a first material, and is made of a metal material such as steel having high corrosion resistance, for example. Moreover, the diaphragm 2 has a cylindrical shape, and the diaphragm thin film portion 21 is formed by thinning the central portion by processing or by superimposing thin substrates that have been processed. Thinning methods include cutting, pressing, and diffusion bonding.
  • the end portion of the diaphragm thin film portion 21 is formed with a fillet, and has a structure that relieves stress concentration accompanying pressure application and temperature change.
  • the diaphragm thin film portion 21 is deformed by receiving the pressure to be measured from the surface opposite to the installation surface of the strain sensor 3 and generates a strain proportional to the pressure in the bonded strain sensor 3.
  • the diaphragm support part 22 is thicker than the diaphragm thin film part 21, it has a structure which is hard to deform
  • the flange 23 is formed for connection between the diaphragm support 22 and the hermetic housing 5 and has a thickness and a width capable of resistance welding and laser welding.
  • strain gauges 7a, 7b, 7c, and 7d are formed at the center of the surface of the strain sensor 3, and a set of four bridge circuits is formed.
  • the strain sensor 3 is formed of a second material (for example, silicon) having a linear expansion coefficient different from that of the first material of the diaphragm 2, and the strain gauges 7 a, 7 b, 7 c, 7 d are, for example, silicon It is formed by diffusing impurities in the substrate.
  • the strain gauges 7a and 7b are in the direction (hereinafter referred to as the X direction) in which the strain sensor 3 is joined from the center of the diaphragm 2, which is the horizontal direction of the diaphragm 2 shown in FIG.
  • the direction perpendicular to the direction in which the strain sensor 3 is joined from the center of the diaphragm 2, which is the front-rear direction of the diaphragm 2 shown in FIG. 2 (hereinafter referred to as Y direction), is arranged to be the current direction.
  • an output proportional to the strain difference between the X direction and the Y direction can be obtained as a differential output of the intermediate potential of the bridge circuit.
  • the change in resistance becomes equal and the bridge circuit compensates for the influence of the gauge characteristics of the strain gauges 7a, 7b, 7c, and 7d. can do.
  • the deformation of the cylindrical diaphragm 2 due to the pressure is axisymmetric, and if the strain sensor 3 is arranged at the center of the diaphragm 2, a strain difference between the X direction and the Y direction cannot be obtained. Therefore, the strain sensor 3 is installed at the end of the diaphragm thin film portion 21 for the purpose of improving sensitivity.
  • the strain sensor 3 By installing the strain sensor 3 at the end of the diaphragm thin film portion 21, compressive strain and tensile strain are generated in the strain sensor 3 in the X direction and the Y direction, respectively, and the strain difference can be increased. Thereby, the improvement of the sensitivity of the pressure sensor 1 can be expected.
  • the diaphragm 2 and the strain sensor 3 are firmly fixed via the bonding layer 4.
  • the bonding layer 4 For example, by using metal bonding or glass bonding for bonding the diaphragm 2 and the strain sensor 3, creep deformation accompanying long-term temperature or pressure application can be suppressed. Further, since the metal is a hard material, the deformation of the diaphragm thin film portion 21 can be efficiently transmitted to the strain sensor 3.
  • Au / Sn eutectic bonding, Au / Ge eutectic bonding, or the like can be used, and bonding can be performed at a high temperature of 280 ° C. or higher.
  • vanadium-based low melting glass (V-glass) can be used, and bonding can be performed at a high temperature of 370 ° C. or higher.
  • the airtight housing 5 is fixed to the flange 23 so as to surround the diaphragm 2 and the strain sensor 3, and the airtight space 6 around the diaphragm thin film portion 21 is maintained at a constant atmospheric pressure (for example, vacuum).
  • a fixing method capable of maintaining airtightness such as resistance welding or laser welding can be used.
  • the pressure sensor 1 it can comprise as an absolute pressure sensor which is not influenced by pressure fluctuations other than a measuring object.
  • the airtight housing 5 can be provided with a plurality of screw holes for fixing the pressure sensor 1 at a predetermined location.
  • This screw hole is preferably provided, for example, at a position away from the diaphragm 2 so that unexpected stress is applied to the hermetic housing 5 by fastening the screw and does not adversely affect strain measurement by the strain sensor 3.
  • the pressure sensor 1 can be provided with an electrode (not shown) that can extract the output from the strain sensor 3 to the outside.
  • an electrode (not shown) that can extract the output from the strain sensor 3 to the outside.
  • a plurality of these electrodes can be provided in a hole communicating with the hermetic space 6 of the hermetic housing 5 and the outside through an electrical insulation.
  • the end of the electrode on the airtight space 6 side and the strain sensor 3 can be electrically connected using a flexible wiring member (not shown) such as a flexible flat cable.
  • the step 24 provided in the diaphragm thin film portion 21 in this embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the broken line of FIG. 4 is a hidden line which shows the external shape of the diaphragm thin film part 21 (The broken line in each Example demonstrated below is also the same).
  • the diaphragm 2 is processed so that the diaphragm 2 is easily deformed in the Y direction, and the compressive strain in the Y direction applied to the strain sensor 3 is reduced. is there. That is, the direction perpendicular to the direction (X direction) where the strain sensor 3 is joined from the center of the diaphragm 2 (Y direction), and adjacent to the strain sensor 3 or a predetermined distance (mounting position deviation (including processing deviation)).
  • Steps 24a and 24b are formed on the diaphragm 2 which is separated by a distance in a range including the diaphragm thin film portion 21). That is, as shown in FIGS.
  • the surface of the diaphragm 2 is dug down to form steps 24a and 24b at two locations so as to sandwich the strain sensor 3 in the Y direction of the strain sensor 3. ing.
  • steps 24a and 24b By forming the steps 24a and 24b, the deformation of the diaphragm thin film portion 21 in the Y direction is facilitated, and the difference in strain between the X direction and the Y direction is reduced. It becomes possible to suppress.
  • the steps 24 a and 24 b described above are formed with a certain depth that does not penetrate the diaphragm thin film portion 21. Further, in the X direction of the steps 24a and 24b, the lengths of the steps 24a and 24b are formed to be equal to the length of the joined strain sensor 3, and the positions of the steps 24a and 24b are from end to end of the strain sensor 3. It is provided without misalignment. On the other hand, in the Y direction of the steps 24a and 24b, the lengths of the steps 24a and 24b are not formed up to the end of the diaphragm 2, and the positions of the steps 24a and 24b are adjacent to the strain sensor 3 or separated by a predetermined distance. And at least a portion is formed in a range including the diaphragm thin film portion 21.
  • the compressive strain applied to the strain sensor 3 due to the temperature change can be easily deformed by forming the steps 24a and 24b that dig up the surface of the diaphragm 2 in the Y direction of the strain sensor 3 so that the diaphragm thin film portion 21 in the Y direction can be easily deformed.
  • the compressive strain in the Y direction is relaxed. Thereby, the difference in strain between the X direction and the Y direction is reduced, and the output fluctuation of the zero point accompanying the temperature change can be suppressed.
  • the steps 24a and 24b are formed only next to the strain sensor 3, the amount of deformation of the entire diaphragm thin film portion 21 when pressure is applied is suppressed, and the stress concentrated on the diaphragm thin film portion 21 is stepped. It can be equivalent to the case where there is no 24a, 24b. Accordingly, it is possible to prevent the diaphragm 2 from being damaged due to the deformation accompanying the pressure application while suppressing the fluctuation of the zero point output accompanying the temperature change.
  • the steps 24a and 24b are formed at a certain distance from the strain sensor 3 in the Y direction, and the strain sensor 3 and the steps 24a and 24b are overlapped by shifting the position where the strain sensor 3 is mounted. No. Thereby, there is an effect of preventing a decrease in the bonding area of the strain sensor 3 and preventing creep deformation of the bonding layer 4 due to stress concentration occurring at the ends of the steps 24a and 24b.
  • the pressure sensor 1 By adopting such a configuration of the present embodiment, it is possible to obtain the pressure sensor 1 in which the output offset of the initial zero point of the strain sensor 3 and the output fluctuation of the zero point accompanying the temperature change are improved. That is, as in the pressure sensor 1 of the present embodiment, the steps 24a and 24b are formed by digging down on the diaphragm 2, and the output offset of the initial zero point due to the thermal stress accompanying the bonding for fixing the strain sensor 3, It is possible to provide the pressure sensor 1 capable of suppressing the zero point output fluctuation due to the thermal stress accompanying the temperature change when the sensor is used.
  • the offset of the initial zero point output is suppressed, and the output fluctuates due to a change in operating temperature.
  • the effect of improving temperature characteristics can be obtained.
  • the steps 24a and 24b are formed at a constant depth that does not penetrate the diaphragm thin film portion 21, and the lengths of the steps 24a and 24b in the X direction of the steps 24a and 24b. Is formed longer than the joined strain sensor 3 and is provided in a range extending from the same position as the strain sensor 3 across the center. Also, the reason why the steps 24 a and 24 b are not provided on the surface of the diaphragm support portion 22 is that the diaphragm support portion 22 is thicker and harder to deform than the diaphragm thin film portion 21, and therefore the effect of reducing the compressive strain is smaller than that of the diaphragm thin film portion 21. It is.
  • the lengths of the steps 24a and 24b are not formed to the end of the diaphragm 2, and the positions of the steps 24a and 24b are adjacent to or separated from the strain sensor 3 by a predetermined distance. At least a portion is formed in a range including the diaphragm thin film portion 21.
  • the steps of the diaphragm 2 in the Y direction of the strain sensor 3 are dug down to form steps 24a and 24b, so that the deformation of the diaphragm thin film portion 21 in the Y direction is easy. And the compressive strain in the Y direction is relieved. Thereby, the difference in strain between the X direction and the Y direction is reduced, and the output fluctuation of the zero point accompanying the temperature change can be suppressed. Further, by making the steps 24a and 24b larger than those in the first embodiment, the deformation of the diaphragm thin film portion 21 in the Y direction is easier than in the first embodiment, and there is an effect that the compression strain can be alleviated more.
  • the steps 24a and 24b are formed at a certain depth that does not penetrate the diaphragm thin film portion 21, and the steps 24a and 24b are arranged in the X direction of the steps 24a and 24b. 2 from end to end.
  • the lengths of the steps 24a and 24b are not formed to the end of the diaphragm 2, and the positions of the steps 24a and 24b are adjacent to or separated from the strain sensor 3 by a predetermined distance. At least a portion is formed in a range including the diaphragm thin film portion 21.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • a process using a milling machine or the like is performed. Can be easily performed and the cost can be reduced.
  • the compressive strain applied to the strain sensor 3 due to the temperature change can be easily deformed by digging down the surface of the diaphragm 2 in the Y direction of the strain sensor 3 to form the steps 24a and 24b.
  • the compressive strain in the Y direction is relaxed.
  • the difference in strain between the X direction and the Y direction is reduced, and the output fluctuation of the zero point accompanying the temperature change can be suppressed.
  • the steps 24a and 24b larger than those in the first embodiment, the deformation of the diaphragm thin film portion 21 in the Y direction is easier than in the first embodiment, and there is an effect that the compression strain can be alleviated more.
  • the steps 24a and 24b are formed at a constant depth that does not penetrate the diaphragm thin film portion 21, and the steps 24a and 24b are the diaphragm 2 in the X direction of the steps 24a and 24b. Is provided from end to end.
  • the steps 24 a and 24 b are formed from the position adjacent to the strain sensor 3 or a predetermined distance from the end of the diaphragm 2.
  • the compressive strain applied to the strain sensor 3 due to the temperature change can be easily deformed by digging down the surface of the diaphragm 2 in the Y direction of the strain sensor 3 to form the steps 24a and 24b.
  • the compressive strain in the Y direction is relaxed.
  • the difference in strain between the X direction and the Y direction is reduced, and the output fluctuation of the zero point accompanying the temperature change can be suppressed.
  • the steps 24a and 24b larger than those in the first to third embodiments, the deformation of the diaphragm thin film portion 21 in the Y direction is easier than in the first to third embodiments, and the effect of reducing the compressive strain can be obtained. .
  • the output fluctuation at the zero point can be further suppressed by the configuration of the present embodiment when the compressive strain in the Y direction is larger than the X direction.
  • the steps 24a and 24b are formed at a constant depth that does not penetrate the diaphragm thin film portion 21, and the steps 24a and 24b are the diaphragm 2 in the X direction of the steps 24a and 24b. Is provided from end to end.
  • the steps 24 a and 24 b are formed from the position adjacent to the strain sensor 3 to the end of the diaphragm 2.
  • the steps 24a and 24b are adjacent to each other, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the strain sensor 3 can be easily positioned because the strain sensor 3 can be used for alignment.
  • the compressive strain applied to the strain sensor 3 due to the temperature change can be easily deformed by digging down the surface of the diaphragm 2 in the Y direction of the strain sensor 3 to form the steps 24a and 24b.
  • the compressive strain in the Y direction is relaxed.
  • the difference in strain between the X direction and the Y direction is reduced, and the output fluctuation of the zero point accompanying the temperature change can be suppressed.
  • the steps 24a and 24b larger than those in the first to third embodiments, the deformation of the diaphragm thin film portion 21 in the Y direction is easier than in the first to third embodiments, and the effect of reducing the compressive strain can be obtained. .
  • the output fluctuation at the zero point can be further suppressed by the configuration of the present embodiment when the compressive strain in the Y direction is larger than the X direction.
  • the steps 24a and 24b are formed at a certain depth that does not penetrate the diaphragm thin film portion 21, and the lengths of the steps 24a and 24b are joined in the X direction. 3, the steps 24 a and 24 b are provided from the end of the diaphragm 2 to the center position of the diaphragm 2. On the other hand, in the Y direction of the steps 24 a and 24 b, the steps 24 a and 24 b are formed from a position adjacent to the strain sensor 3 or a predetermined distance away from the end of the diaphragm 2, and at least a part includes the diaphragm thin film portion 21. Is formed.
  • the compressive strain applied to the strain sensor 3 due to the temperature change can be easily deformed by digging down the surface of the diaphragm 2 in the Y direction of the strain sensor 3 to form the steps 24a and 24b. , The compressive strain in the Y direction is relieved. Thereby, the difference in strain between the X direction and the Y direction is reduced, and the output fluctuation of the zero point accompanying the temperature change can be suppressed.
  • the steps 24a and 24b are formed at a constant depth that does not penetrate the diaphragm thin film portion 21, and the steps 24a and 24b are formed in the diaphragm thin film in the X direction of the steps 24a and 24b. It is provided from the end portion of the portion 21 to the end portion of the other diaphragm thin film portion 21 straddling the center of the diaphragm 2.
  • the steps 24a and 24b are formed from the position adjacent to the strain sensor 3 or a predetermined distance from the end of the diaphragm thin film portion 21, and on the surface of the diaphragm support portion 22. Not formed.
  • the compressive strain applied to the strain sensor 3 due to the temperature change can be easily deformed by digging down the surface of the diaphragm 2 in the Y direction of the strain sensor 3 to form the steps 24a and 24b.
  • the compressive strain in the Y direction is relaxed.
  • the difference in strain between the X direction and the Y direction is reduced, and the output fluctuation of the zero point accompanying the temperature change can be suppressed.
  • Example 8 shown below is a modification of Example 3 shown in FIGS. 8 and 9, and only differences from Example 3 will be described.
  • a notch 25 is formed above the flange 23 and on the side surface of the diaphragm support 22 so as to extend from the position where the strain sensor 3 is joined in the direction of the diaphragm center (X direction). It is what. Other configurations are the same as those in the third embodiment.
  • the flange 23 is for attachment to another member, for example, a gas flow path base (not shown).
  • a gas flow path base (not shown).
  • the flange 23 is attached to this gas flow path base, the bottom of the flange 23 and the gas are prevented from leaking. Screws are fastened between the flow path bases via O-rings or metal O-rings.
  • the flange 23 is deformed by the screw fastening, and the diaphragm support portion 22 and the diaphragm thin film portion 21 are distorted.
  • the strain sensor 3 detects the strain, and the strain detected by the strain sensor 3 changes over time. Any change may affect the sensor accuracy.
  • the same effect as in the third embodiment can be obtained, and by providing the notch 25 on the side surface of the diaphragm support portion 22, the deformation of the flange 23 can be applied to the diaphragm thin film portion 21. Propagation can be suppressed, and even if the flange 23 is deformed by screw fastening, the deformation of the flange 23 is suppressed from propagating to the diaphragm thin film portion 21, so that the strain sensor 3 can detect the strain. There is an effect that the sensor accuracy is not affected.
  • FIGS. 20 and 21 show a ninth embodiment of the pressure sensor of the present invention.
  • Example 9 shown below is a modification of Example 8 shown in FIGS. 18 and 19, and only differences from Example 8 will be described.
  • a member to be joined 26 made of a material having a linear expansion coefficient close to that of the strain sensor 3 is provided on the surface of the diaphragm 2, and the member to be joined 26 and the joining layer 4 are interposed therebetween.
  • the strain sensor 3 is joined, and steps 24a and 24b similar to those in the eighth embodiment are formed on the surface of the member 26 to be joined.
  • the means for bonding the strain sensor 3 made of silicon to the diaphragm 2 surface is strong metal bonding (Au / Sn eutectic bonding or Au / Ge eutectic bonding) or glass bonding (V-glass) due to problems such as creep. Is effective. In both types of bonding, the bonding material is melted and bonded at a temperature of 280 ° C. or higher, and when materials having different linear expansion coefficients are bonded, a large strain remains at the time of fixing.
  • the diaphragm 2 made of a SUS316L material having a linear expansion coefficient of 15.9 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. and the strain sensor 3 made of silicon having a linear expansion coefficient of 3.1 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. are joined, the linear expansion If the coefficients are too different and extreme, the strain sensor 3 will crack. Moreover, even if it can join without a crack, distortion by a thermal contraction difference will arise with a temperature change, and it will become a sensor with a bad temperature characteristic.
  • the same effect as in the eighth embodiment can be obtained, and the bonded member made of a material having a linear expansion coefficient close to the linear expansion coefficient of the strain sensor 3 on the surface of the diaphragm 2. 26, and the strain sensor 3 is joined via the member 26 to be joined, both of which have a linear expansion coefficient close to each other, so that the strain sensor 3 is not cracked, and strain due to a difference in thermal shrinkage due to temperature change.
  • the sensor with good temperature characteristics can be obtained.
  • the above-described bonded member 26 is best to have a linear expansion coefficient close to that of silicon, for example, Kovar (Ni—Co—Fe) or 42 Alloy (linear expansion coefficient of about 5 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.). 42Ni-Fe) and the like are preferable.
  • the diaphragm thin film portion 21 preferably has a thin SUS316L layer as much as possible, and is preferably 1 ⁇ 4 or less of the entire thickness of the diaphragm thin film portion 21 (indicated by L in FIG. 21).
  • Example 9 the bonded member 26 is provided on the entire surface of the diaphragm 2, but the bonded member 26 is also provided in the diaphragm thin film portion 21 where the strain sensor 3 is installed. Good. In this case, the steps 24 a and 24 b described above are formed on the surface of the diaphragm 2.
  • the sensitivity and temperature characteristics of the pressure sensor 1 were calculated using computer simulation by the finite element method performed by the present inventors. The results will be explained.
  • the shape of the diaphragm 2 used for the calculation is that the outer diameter of the diaphragm support portion 22 is 10.0 mm, the height of the diaphragm 2 is 2.0 mm, the inner diameter of the diaphragm support portion 22 is 7.6 mm, and the thickness of the diaphragm thin film portion 21. Is 0.25 mm, the shapes of the steps 24a and 24b are the same as those shown in FIGS. 4 to 7 or 10 and 11, and the depth of the steps 24a and 24b is 0.1 mm. Further, the value of the linear expansion coefficient of the diaphragm 2 was 5.1 ⁇ 10 ⁇ 6 / K which is a value of Ni—Co alloy (Kovar).
  • the shape of the strain sensor 3 used for the calculation is 2.4 mm in length and width and 0.16 mm in thickness, and the value of linear expansion coefficient of the strain sensor 3 is 3.0 ⁇ 10 ⁇ 6 / K was used.
  • the joining position of the strain sensor 3 was such that the center of the strain sensor 3 was positioned 2.9 mm away from the center of the diaphragm thin film portion 21 in the radial direction.
  • the shape of the bonding layer 4 used in the calculation is 2.4 mm in length and width, and 0.01 mm in thickness.
  • the value of the linear expansion coefficient of the bonding layer 4 is 17.5 which is the value of Au / Sn eutectic alloy. ⁇ 10 ⁇ 6 / K was used.
  • the sensitivity of the pressure sensor 1 is evaluated by the difference ⁇ X - ⁇ Y between the strain ⁇ X in the X direction and the strain ⁇ Y in the Y direction detected by the strain sensor 3 when the pressure to be evaluated is applied to the diaphragm thin film portion 21.
  • the coefficient when the sensitivity when the steps 24a and 24b are not present is 1 is obtained.
  • the temperature characteristic of the pressure sensor 1 is calculated by calculating the value of ⁇ X - ⁇ Y generated in the process of cooling from 280 ° C., which is the melting point of the Au / Sn eutectic alloy, to 20 ° C., and the temperature when there are no steps 24a and 24b. The coefficient was obtained when the coefficient was 1.
  • the diaphragm 2 having the above size and the shape shown in FIGS. 8 and 9 is made of a Ni—Co alloy (Kovar), and the strain sensor 3 having the above size is formed thereon.
  • a pressure sensor a was produced by metal bonding using an Au / Sn eutectic alloy at the above position.
  • a diaphragm with the same material and without a step was produced, and a strain sensor was similarly metal-joined to produce a pressure sensor b.
  • the pressure sensor b was 1.00, whereas the pressure sensor a was 1.13.
  • the pressure sensor b was 0.60 ⁇ / ° C.
  • the pressure sensor a was 0.42 ⁇ . / ° C.
  • the pressure sensor according to the present invention has improved sensitivity and temperature characteristics as compared with the conventional pressure sensor.
  • Example 8 of the present invention the output perceived by the strain sensor 3 when the flange 23 is fastened to the flow path base via the metal O-ring is shown in Table 2 (Table 2 has no notch 25). The case output is displayed as 1). At that time, the W dimension shown in FIG. 19 is 1.4 mm, and the height dimension H is 2.8 mm.
  • the use of the pressure sensor 1 according to the present invention described above is not particularly limited.
  • a material such as steel having high corrosion resistance for example, corrosion
  • it can be suitably used for measuring the pressure of a measurement object having high characteristics.
  • the first material for forming the diaphragm 2 is replaced with a material such as steel having high corrosion resistance, or in addition to employing a material such as steel having high corrosion resistance.
  • Various coatings can be applied to the surface of the material.
  • the coating may be configured as a metal plating layer having excellent corrosion resistance such as nickel or gold, or may be configured as a coating layer of resin having excellent corrosion resistance such as fluororesin, or a combination thereof. But you can.
  • the pressure sensor 1 according to the present invention is small and has excellent temperature characteristics, it is suitable for use in monitoring the pressure of a measurement object by incorporating it into a mass flow meter or a mass flow controller used in a semiconductor manufacturing apparatus, for example. Can be used.
  • this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of the embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment.

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Abstract

　ひずみセンサの初期ゼロ点の出力オフセット及び温度変化に伴うゼロ点の出力変動を改善した圧力センサを得ること。本発明の圧力センサは、上記課題を解決するために、圧力により変形する薄膜部と支持部から成る第１の材料で形成されたダイアフラムと、該ダイアフラム上に接合され、第２の材料に複数のひずみゲージを形成しているひずみセンサとを備え、前記ひずみセンサが前記ダイアフラムの中心から離れた端部位置に接合されており、しかも、前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向で、かつ、前記ひずみセンサと隣接又は所定距離離れたダイアフラム上に段差が形成されていることを特徴とする。

Description

圧力センサ及びそれを用いたマスフローメータ並びにマスフローコントローラ
　本発明は圧力センサに係り、特に、圧力印加に伴うダイアフラムの変形を利用して圧力を検出するのに好適な圧力センサ及びそれを用いたマスフローメータ並びにマスフローコントローラに関するものである。
　圧力印加に伴うダイアフラムの変形を利用して圧力を検出する圧力センサとしては、ダイアフラム上にひずみゲージを形成（貼り付け等）することにより、圧力印加に伴うダイアフラムの変形をひずみとして検出する圧力センサが良く知られている。
　上述のひずみゲージは、わずかな変形であっても自身の電気抵抗を変える。通常、ひずみゲージは４つ一組で形成されており、ブリッジ回路を構成することで圧力に比例した差動電圧出力として計測する方法が良く用いられており、ブリッジ回路を構成し、ひずみゲージ自体の温度特性を補償することを可能としている。例えば、ひずみゲージ自体に温度特性を有していても、温度変化による４つのひずみゲージの変形が各々等しい時には、ひずみセンサの出力は変動しない。
　また、計測対象の圧力が低い場合には、シリコン基板を一部薄膜化することで受圧部となるシリコンダイアフラムを形成し、このダイアフラム上にひずみゲージを不純物拡散で形成する構成の圧力センサが用いられる。このセンサは、感度が高く、ＩＣを一体構造として形成することが可能であるなどの利点を有している。
　しかしながら、計測対象の圧力が高い場合や耐食性が必要な場合には適しておらず、金属製のダイアフラムにひずみゲージを貼りつけるか、ひずみゲージを形成したひずみセンサを貼りつけた構成の圧力センサが多く使用される。
　特許文献１には、圧力センサが開示され、第１の材料から成る第１のダイアフラムが、温度に関しての横膨脹を、第２の材料のひずみセンサのひずみゲージに伝達するようになっており、横膨脹の伝達が、第１のダイアフラムと少なくとも一部との間に設けられた第１の結合材料を介して行われるようになっている。しかも、第１の材料から成る第１のダイアフラムが、第２の材料のひずみセンサよりも大きな熱膨張係数を有しており、第１のダイアフラムが、温度に関しての横膨脹を、ひずみセンサのひずみゲージに伝達し、横膨脹の伝達を、第１のダイアフラムと第１の領域の少なくとも一部との間に設けられた第１の結合材料を介して行うようになっている。
　また、特許文献２には、ダイアフラムの直径方向の厚肉の梁部と、この厚肉の梁部を除く薄肉の膜部と、厚肉の梁部の上面に形成されたひずみセンサとから成る半導体圧力センサのダイヤフラムが記載され、厚肉の梁部と薄肉の膜部とで段差が形成されることが想定できる。
特開２００５－２２７２８３号公報 特開平６－２４１９３０号公報
　前述の特許文献１には、ひずみセンサとダイアフラムの熱膨張係数の差によるひずみセンサの破損を防止する圧力センサの仕組みが記載されているが、ひずみセンサを高温で固定することによる初期ゼロ点出力のオフセットや、センサ使用時の温度変化に伴うゼロ点出力の変動を改善する効果は期待できない。
　通常、圧力印加や温度変化に伴いひずみセンサが等方的に変形する場所にひずみセンサを設置した場合は、ブリッジ回路の機能により出力は変動しない。しかし、ひずみセンサの設置場所は、圧力印加に伴い出力を得るために、ひずみセンサにひずみの差が発生する場所である必要がある。よって、温度変化に伴いひずみセンサとダイアフラムの熱膨張係数の差によって引き起こされるひずみセンサの変形も等方的では無く、上記の課題が発生する。
　即ち、従来構造の圧力センサにおいては、ダイアフラム薄膜部の端部にひずみセンサを固定した場合には、温度変化に伴い出力が発生する。これは、ダイアフラムの材料である鋼の熱膨張係数が、ひずみセンサの材料であるシリコンの５倍以上と差があるためである。また、ダイアフラム薄膜部の変形を効率良くひずみセンサに伝えるための接合層が、堅い材料であるＡｕ/ＳｎやＡｕ/Ｇｅで形成されている影響も大きい。
　また、圧力センサの外部の温度が低下すると、ひずみセンサにはＸ方向（図２参照）とＹ方向（図２参照）共に、圧縮のひずみが発生する。両者のひずみが等しければ出力は変化しないが、ダイアフラム薄膜部の端部の厚みのある部分にひずみセンサが固定されているので、Ｘ方向よりＹ方向の圧縮ひずみの方が大きくなるために、出力が変化する。これは、Ｘ方向はダイアフラム薄膜部が変形することにより応力緩和しているが、Ｙ方向ではダイアフラム薄膜部の面積が小さく変形し辛いため、Ｘ方向よりも応力を緩和できないことが原因である。
　また、ダイアフラムとひずみセンサの固定には、Ａｕ/Ｓｎ共晶接合などの２８０℃以上の高温での接合を用いるため、接合後に温度を低下させると、Ｘ方向とＹ方向でひずみ差が発生し、初期ゼロ点の出力オフセットとして検出される。この初期ゼロ点の出力オフセットが発生すると、オフセット分をゼロに修正するための回路が必要となったり、圧力センサの使用範囲が狭くなったりするなどの課題が発生する。また、圧力センサの使用時においても、民生用圧力センサにおいては１００℃程度、車載用圧力センサにおいては１６０℃程度の温度変化があるため、圧力センサのゼロ点出力は変動してしまう。
　また、特許文献２には、ひずみセンサがダイアフラムの端部に配置されることについては記載されておらず、ひずみセンサと段差との位置関係も不明であり、上記課題を解決できないことは明らかである。
　本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ひずみセンサの初期ゼロ点の出力オフセット及び温度変化に伴うゼロ点の出力変動を改善した圧力センサ及びそれを用いたマスフローメータ並びにマスフローコントローラを提供することにある。
　本発明の圧力センサは、上記目的を達成するために、圧力により変形する薄膜部と支持部から成る第１の材料で形成されたダイアフラムと、該ダイアフラム上に接合され、第２の材料に複数のひずみゲージを形成しているひずみセンサとを備え、前記ひずみセンサが前記ダイアフラムの中心から離れた端部位置に接合されており、しかも、前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向で、かつ、前記ひずみセンサと隣接又は所定距離離れたダイアフラム上に段差が形成されていることを特徴とする。
　また、本発明のマスフローメータは、上記目的を達成するために、上記構成の圧力センサを組み込んで評価対象の圧力をモニタリングすることを特徴とする。
　更に、本発明のマスフローコントローラは、上記目的を達成するために、上記構成の圧力センサを組み込んで評価対象の圧力をモニタリングすることを特徴とする。
　本発明によれば、ひずみセンサの初期ゼロ点の出力オフセット及び温度変化に伴うゼロ点の出力変動を改善した圧力センサ及びそれを用いたマスフローメータ並びにマスフローコントローラを得ることができる。
本発明の圧力センサの実施例１の全回構成を示す平面図である。 図１に示す圧力センサを破線Ａ－Ａに沿った断面を含む斜視図である。 本発明の圧力センサに採用されるひずみセンサを示し、４つのひずみゲージで形成したブリッジ回路の例である。 本発明の圧力センサの実施例１におけるダイアフラムとひずみセンサで構成される受圧構造を示す平面図である。 図４の一点鎖線Ａ－Ａに沿った断面図である。 本発明の圧力センサの実施例２におけるダイアフラムとひずみセンサで構成される受圧構造を示す平面図である。 図６の一点鎖線Ａ－Ａに沿った断面図である。 本発明の圧力センサの実施例３におけるダイアフラムとひずみセンサで構成される受圧構造を示す平面図である。 図８の一点鎖線Ａ－Ａに沿った断面図である。 本発明の圧力センサの実施例４におけるダイアフラムとひずみセンサで構成される受圧構造を示す平面図である。 図１０の一点鎖線Ａ－Ａに沿った断面図である。 本発明の圧力センサの実施例５におけるダイアフラムとひずみセンサで構成される受圧構造を示す平面図である。 図１２の一点鎖線Ａ－Ａに沿った断面図である。 本発明の圧力センサの実施例６におけるダイアフラムとひずみセンサで構成される受圧構造を示す平面図である。 図１４の一点鎖線Ａ－Ａに沿った断面図である。 本発明の圧力センサの実施例７におけるダイアフラムとひずみセンサで構成される受圧構造を示す平面図である。 図１６の一点鎖線Ａ－Ａに沿った断面図である。 本発明の圧力センサの実施例８におけるダイアフラムとひずみセンサで構成される受圧構造を示す平面図である。 図１８の一点鎖線Ａ－Ａに沿った断面図である。 本発明の圧力センサの実施例９におけるダイアフラムとひずみセンサで構成される受圧構造を示す平面図である。 図２０の一点鎖線Ａ－Ａに沿った断面図である。
　以下、図示した実施例に基づいて本発明の圧力センサを説明する。なお、本発明の対象は圧力センサであり、以下の実施例では、ひずみセンサを用いた絶対圧センサを例にして説明する。また、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
　先ず、本発明の対象である圧力センサの全体構成を図１及び図２を用いて説明する。
　該図に示す如く、本実施例での圧力センサ１は、気密ハウジング５と、この気密ハウジング５の中央部に形成されている気密空間６に配置されるダイアフラム２と、このダイアフラム２上に接合層４を介して設置されるひずみセンサ３とから概略構成されている。
　上述したダイアフラム２は、ダイアフラム薄膜部２１と、このダイアフラム薄膜部２１を支持するダイアフラム支持部２２と、ダイアフラム支持部２２を気密ハウジング５に固定するフランジ２３と、後で詳述するダイアフラム薄膜部２１に設けられた段差（図示せず）とで構成されている。
　また、ダイアフラム２は第１の材料で形成されており、例えば、耐食性の高い鋼などの金属材料を材質とする。しかも、ダイアフラム２は円筒形をしており、中央部を加工により薄膜化するか、又は加工を施した薄い基板を重ね合わせることで、ダイアフラム薄膜部２１を形成している。薄膜化の加工方法としては、切削やプレス加工、拡散接合等がある。
　一方、ダイアフラム薄膜部２１の端部は、フィレットが形成されており、圧力印加や温度変化に伴う応力集中を緩和する構造となっている。また、ダイアフラム薄膜部２１は、計測対象の圧力をひずみセンサ３の設置面と逆の面から受けることで変形し、接合したひずみセンサ３に圧力に比例したひずみを発生させる構造となっている。更に、ダイアフラム支持部２２は、ダイアフラム薄膜部２１より厚いため、計測対象の圧力の影響で変形し辛い構造となっている。また、フランジ２３は、ダイアフラム支持部２２と気密ハウジング５との接続のために形成されており、抵抗溶接やレーザー溶接が可能な厚みと幅を備えている。
　次に、ひずみセンサ３の構成について、図１乃至図３を用いて説明する。図３に示すように、ひずみセンサ３の表面中心には、４つのひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが形成されており、４つ一組のブリッジ回路が構成されている。また、ひずみセンサ３は、線膨張率がダイアフラム２の第１の材料と異なる第２の材料（例えば、シリコンなど）で形成されており、ひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、例えば、シリコン基板に不純物拡散することなどにより形成されている。更に、ひずみゲージ７ａ、７ｂは、図２に示すダイアフラム２の水平方向であるダイアフラム２の中心からひずみセンサ３が接合された方向（以下、Ｘ方向という）が、ひずみゲージ７ｃ、７ｄは、図２に示すダイアフラム２の前後方向であるダイアフラム２の中心からひずみセンサ３が接合された方向に対して垂直な方向（以下、Ｙ方向という）が電流方向となるように配置されている。
　このようなひずみセンサ３の構成により、Ｘ方向とＹ方向のひずみ差に比例した出力が、ブリッジ回路の中間電位の差動出力として得られる。一方で、ひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのゲージ率の温度特性による影響は、温度特性が４つのひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄで等しければ、抵抗変化も等しくなり、ブリッジ回路で補償することができる。
　また、円筒形のダイアフラム２の圧力による変形は、軸対称で、かつ、ダイアフラム２の中央にひずみセンサ３を配置すると、Ｘ方向とＹ方向のひずみ差が得られない。よって、ひずみセンサ３は感度の向上を目的に、ダイアフラム薄膜部２１の端部に設置している。ひずみセンサ３をダイアフラム薄膜部２１の端部に設置することで、ひずみセンサ３にＸ方向とＹ方向とで、それぞれ圧縮ひずみと引張ひずみが発生し、ひずみ差を大きくすることが可能になる。これにより、圧力センサ１の感度の向上が見込める。
　また、ダイアフラム２とひずみセンサ３は、接合層４を介して強固に固定されている。
例えば、ダイアフラム２とひずみセンサ３の接合に金属接合或いはガラス接合を用いることにより、長期間の温度や圧力印加に伴うクリープ変形を抑制することができる。また、金属は堅い材料であるため、ダイアフラム薄膜部２１の変形をひずみセンサ３に効率よく伝達できる。
　上述した金属接合として、Ａｕ/Ｓｎ共晶接合やＡｕ/Ｇｅ共晶接合などを用いることができ、２８０℃以上の高温で接合できる。また、上述したガラス接合として、バナジウム系低融点ガラス（V－glass）を用いることができ、３７０℃以上の高温で接合できる。
　また、気密ハウジング５は、ダイアフラム２やひずみセンサ３を囲うようにフランジ２３と固定されており、ダイアフラム薄膜部２１の周囲の気密空間６を、一定の気圧（例えば、真空）に維持している。気密ハウジング５とフランジ２３の固定には、例えば、抵抗溶接やレーザー溶接などの気密性を維持可能な固定方法を用いることができる。これにより、圧力センサ１の使用時には、計測対象以外の圧力変動の影響を受けない絶対圧センサとして構成することができる。
　更に、気密ハウジング５には、圧力センサ１を所定の箇所に固定するための複数のネジ穴を設けることができる。このネジ穴は、ネジの締結により気密ハウジング５に不測の応力が加わって、ひずみセンサ３によるひずみの測定に悪影響を及ぼさないように、例えば、ダイアフラム２から離れた位置に設けることが好ましい。
　また、圧力センサ１には、ひずみセンサ３からの出力を外部に取り出すことができる電極（図示しない）を設けることができる。この電極は、例えば、気密ハウジング５の気密空間６と外部と連通する穴に、電気的絶縁を有して複数本貫通させて設けることができる。更に、電極の気密空間６側の端部とひずみセンサ３とは、例えば、フレキシブルフラットケーブルなどの柔軟性のある配線部材（図示しない）を用いて電気的に接続することができる。これにより、ダイアフラム薄膜部２１及びこれに接合されたひずみセンサ３が、評価対象の圧力変動に応じて移動した場合であっても、電極とひずみセンサ３との電気的接続を安定して維持することができる。
　次に、本実施例におけるダイアフラム薄膜部２１に設けられた段差２４について、図４及び図５を用いて説明する。なお、図４の破線は、ダイアフラム薄膜部２１の外形を示す隠れ線である（以下に説明する各実施例における破線も同様である）。
　該図に示す如く、本実施例では、ダイアフラム２に加工を施すことによって、ダイアフラム２をＹ方向にも変形しやすくし、ひずみセンサ３に加わるＹ方向の圧縮ひずみを低減するようにしたものである。即ち、ダイアフラム２の中心からひずみセンサ３が接合された方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）で、かつ、ひずみセンサ３と隣接又は所定距離（実装位置ずれ（加工ずれ含む）を含み、ダイアフラム薄膜部２１を含む範囲の距離）離れたダイアフラム２上に、段差２４ａ、２４ｂを形成したものである。つまり、図４及び図５に示す如く、本実施例では、ダイアフラム２の表面を掘り下げることで、ひずみセンサ３のＹ方向に、ひずみセンサ３を挟むように２箇所に段差２４ａ、２４ｂを形成している。この段差２４ａ、２４ｂを形成することにより、Ｙ方向のダイアフラム薄膜部２１の変形が容易になり、Ｘ方向とＹ方向とのひずみの差が小さくなるので、温度変化に伴うゼロ点の出力変動を抑制することが可能となる。
　上述した段差２４ａ、２４ｂは、ダイアフラム薄膜部２１を貫通しない一定の深さで形成されている。また、段差２４ａ、２４ｂのＸ方向においては、段差２４ａ、２４ｂの長さは接合したひずみセンサ３と同等の長さで形成されており、段差２４ａ、２４ｂの位置はひずみセンサ３の端から端まで位置ずれなく設けられている。一方、段差２４ａ、２４ｂのＹ方向においては、段差２４ａ、２４ｂの長さはダイアフラム２の端までは形成されておらず、段差２４ａ、２４ｂの位置は、ひずみセンサ３と隣接又は所定距離離れており、少なくとも一部がダイアフラム薄膜部２１を含む範囲に形成されている。
　更に、温度変化によりひずみセンサ３に加わる圧縮ひずみは、ひずみセンサ３のＹ方向のダイアフラム２の表面を掘り下げた段差２４ａ、２４ｂを形成することで、Ｙ方向のダイアフラム薄膜部２１の変形が容易になり、Ｙ方向の圧縮ひずみが緩和される。これにより、Ｘ方向とＹ方向とのひずみの差が小さくなり、温度変化に伴うゼロ点の出力変動を抑制できる。
　また、段差２４ａ、２４ｂが、ひずみセンサ３の隣にのみ形成されているので、圧力が印加された場合のダイアフラム薄膜部２１全体の変形量が抑制され、ダイアフラム薄膜部２１へ集中する応力を段差２４ａ、２４ｂが無い場合と同等にできる。これにより、温度変化に伴うゼロ点出力の変動を抑制しつつ、圧力印加に伴う変形でのダイアフラム２の破損を防止できる。
　また、段差２４ａ、２４ｂは、ひずみセンサ３からＹ方向に一定距離離れた場所に形成されており、ひずみセンサ３を実装する位置をずらすことで、ひずみセンサ３と段差２４ａ、２４ｂが重なることは無い。これにより、ひずみセンサ３の接合面積減少の防止、段差２４ａ、２４ｂの端部で発生する応力集中起因の接合層４のクリープ変形を防止する効果がある。
　このような本実施例の構成とすることにより、ひずみセンサ３の初期ゼロ点の出力オフセット及び温度変化に伴うゼロ点の出力変動を改善した圧力センサ１を得ることができる。即ち、本実施例の圧力センサ１のように、ダイアフラム２上を掘り下げることで段差２４ａ、２４ｂを形成し、ひずみセンサ３の固定のための接合に伴う熱応力による初期ゼロ点の出力オフセットや、センサ使用時の温度変化に伴う熱応力によるゼロ点出力変動を抑制することが可能な圧力センサ１を提供できる。例えば、低コスト化を目的に、ダイアフラム２の材料をひずみセンサ３と熱膨脹係数の異なる安い材料にした場合においても、初期ゼロ点出力のオフセットを抑制し、使用温度の変化に伴う出力変動である温度特性を改善する効果が得られる。
　図６及び図７に本発明の圧力センサの実施例２を示す。以下に示す実施例２では、実施例１との相違点のみ説明する。
　該図に示す本実施例では、段差２４ａ、２４ｂは、ダイアフラム薄膜部２１を貫通しない一定の深さで形成されていると共に、段差２４ａ、２４ｂのＸ方向においては、段差２４ａ、２４ｂの長さは接合したひずみセンサ３より長く形成されており、ひずみセンサ３と同等の位置から中心を跨ぐ範囲に設けられている。また、ダイアフラム支持部２２の表面に大きく段差２４ａ、２４ｂを設けないのは、ダイアフラム支持部２２がダイアフラム薄膜部２１より厚く変形し辛いため、圧縮ひずみを緩和する効果がダイアフラム薄膜部２１より小さいためである。一方、段差２４ａ、２４ｂのＹ方向においては、段差２４ａ、２４ｂの長さはダイアフラム２の端まで形成されておらず、段差２４ａ、２４ｂの位置はひずみセンサ３から隣接又は所定距離離れており、少なくとも一部がダイアフラム薄膜部２１を含む範囲に形成されている。
　このように構成することにより、実施例１と同様な効果が得られる。
　また、温度変化によりひずみセンサ３に加わる圧縮ひずみには、ひずみセンサ３のＹ方向のダイアフラム２の表面を掘り下げて段差２４ａ、２４ｂを形成することで、Ｙ方向のダイアフラム薄膜部２１の変形が容易になり、Ｙ方向の圧縮ひずみが緩和される。これにより、Ｘ方向とＹ方向とのひずみの差が小さくなり、温度変化に伴うゼロ点の出力変動を抑制できる。また、段差２４ａ、２４ｂを実施例１よりも大きくすることで、ダイアフラム薄膜部２１のＹ方向への変形は、実施例１より容易であり、より圧縮ひずみを緩和できる効果がある。
　図８及び図９に本発明の圧力センサの実施例３を示す。以下に示す実施例３では、実施例１との相違点のみ説明する。
　該図に示す本実施例では、段差２４ａ、２４ｂは、ダイアフラム薄膜部２１を貫通しない一定の深さで形成されていると共に、段差２４ａ、２４ｂのＸ方向においては、段差２４ａ、２４ｂは、ダイアフラム２の端から端まで設けられている。一方、段差２４ａ、２４ｂのＹ方向においては、段差２４ａ、２４ｂの長さはダイアフラム２の端まで形成されておらず、段差２４ａ、２４ｂの位置はひずみセンサ３から隣接又は所定距離離れており、少なくとも一部がダイアフラム薄膜部２１を含む範囲に形成されている。
　このように、段差２４ａ、２４ｂをダイアフラム２の端まで形成する構造にすることによって、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、ダイアフラム薄膜部２１の形成後に、フライス盤などを用いた加工が容易に行え、低コスト化も図れる。
　また、温度変化によりひずみセンサ３に加わる圧縮ひずみは、ひずみセンサ３のＹ方向のダイアフラム２の表面を掘り下げて段差２４ａ、２４ｂを形成することで、Ｙ方向のダイアフラム薄膜部２１の変形が容易になり、Ｙ方向の圧縮ひずみが緩和される。これにより、Ｘ方向とＹ方向とのひずみの差が小さくなり、温度変化に伴うゼロ点の出力変動を抑制できる。また、段差２４ａ、２４ｂを実施例１よりも大きくすることで、ダイアフラム薄膜部２１のＹ方向への変形は、実施例１より容易であり、より圧縮ひずみを緩和できる効果がある。
　図１０及び図１１に本発明の圧力センサの実施例４を示す。以下に示す実施例４では、実施例１との相違点のみ説明する。
　該図に示す本実施例では、段差２４ａ、２４ｂは、ダイアフラム薄膜部２１を貫通しない一定の深さで形成されていると共に、段差２４ａ、２４ｂのＸ方向においては、段差２４ａ、２４ｂがダイアフラム２の端から端まで設けられている。一方、段差２４ａ、２４ｂのＹ方向においては、段差２４ａ、２４ｂは、ひずみセンサ３と隣接又は所定距離離れた位置からダイアフラム２の端まで形成されている。
　このように構成することにより、実施例１と同様な効果が得られる。
　また、温度変化によりひずみセンサ３に加わる圧縮ひずみは、ひずみセンサ３のＹ方向のダイアフラム２の表面を掘り下げて段差２４ａ、２４ｂを形成することで、Ｙ方向のダイアフラム薄膜部２１の変形が容易になり、Ｙ方向の圧縮ひずみが緩和される。これにより、Ｘ方向とＹ方向とのひずみの差が小さくなり、温度変化に伴うゼロ点の出力変動を抑制できる。また、段差２４ａ、２４ｂを実施例１乃至３よりも大きくすることで、ダイアフラム薄膜部２１のＹ方向への変形は、実施例１乃至３より容易であり、より圧縮ひずみを緩和できる効果を有する。また、実施例１乃至３のような加工を施しても、Ｙ方向の圧縮ひずみがＸ方向より大きい場合においては、本実施例の構成により、ゼロ点の出力変動をさらに抑制することができる。
　図１２及び図１３に本発明の圧力センサの実施例５を示す。以下に示す実施例５では、実施例１との相違点のみ説明する。
　該図に示す本実施例では、段差２４ａ、２４ｂは、ダイアフラム薄膜部２１を貫通しない一定の深さで形成されていると共に、段差２４ａ、２４ｂのＸ方向においては、段差２４ａ、２４ｂがダイアフラム２の端から端まで設けられている。一方、段差２４ａ、２４ｂのＹ方向においては、段差２４ａ、２４ｂは、ひずみセンサ３の隣接した位置からダイアフラム２の端まで形成されている。
　このように、段差２４ａ、２４ｂが隣接することによって、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、ひずみセンサ３の実装時のアライメントに利用でき、ひずみセンサ３の位置決めを容易に行える。
　また、温度変化によりひずみセンサ３に加わる圧縮ひずみは、ひずみセンサ３のＹ方向のダイアフラム２の表面を掘り下げて段差２４ａ、２４ｂを形成することで、Ｙ方向のダイアフラム薄膜部２１の変形が容易になり、Ｙ方向の圧縮ひずみが緩和される。これにより、Ｘ方向とＹ方向とのひずみの差が小さくなり、温度変化に伴うゼロ点の出力変動を抑制できる。また、段差２４ａ、２４ｂを実施例１乃至３よりも大きくすることで、ダイアフラム薄膜部２１のＹ方向への変形は、実施例１乃至３より容易であり、より圧縮ひずみを緩和できる効果を有する。また、実施例１乃至３のような加工を施しても、Ｙ方向の圧縮ひずみがＸ方向より大きい場合においては、本実施例の構成により、ゼロ点の出力変動をさらに抑制することができる。
　図１４及び図１５に本発明の圧力センサの実施例６を示す。以下に示す実施例６では、実施例１との相違点のみ説明する。
　該図に示す本実施例では、段差２４ａ、２４ｂは、ダイアフラム薄膜部２１を貫通しない一定の深さで形成されていると共に、段差２４ａ、２４ｂのＸ方向においては、長さは接合したひずみセンサ３より長く形成されており、段差２４ａ、２４ｂの位置は、ダイアフラム２の端からダイアフラム２の中心位置まで設けられている。一方、段差２４ａ、２４ｂのＹ方向においては、段差２４ａ、２４ｂがひずみセンサ３と隣接又は所定距離離れた位置からダイアフラム２の端まで形成されており、少なくとも一部がダイアフラム薄膜部２１を含む範囲に形成されている。
　このように構成することにより、実施例１と同様な効果が得られる。
　また、温度変化によりひずみセンサ３に加わる圧縮ひずみは、ひずみセンサ３のＹ方向のダイアフラム２表面を掘り下げて段差２４ａ、２４ｂを形成することで、Ｙ方向のダイアフラム薄膜部２１の変形が容易になり、Ｙ方向の圧縮ひずみが緩和される。これにより、Ｘ方向とＹ方向とのひずみの差が小さくなり、温度変化に伴うゼロ点の出力変動を抑制できる。
　更に、段差２４ａ、２４ｂの加工を施さない構造においては、圧力印加に伴い、ダイアフラム２の中心からひずみセンサ３の設置方向とは逆方向のダイアフラム薄膜部２１の端部で応力が集中する。よって、段差２４ａ、２４ｂを応力が集中するひずみセンサ３の設置方向には段差を形成しないことで、ダイアフラム薄膜部２１への応力集中の増加が抑制でき、ダイアフラム２の破損が防止できる。
　図１６及び図１７に本発明の圧力センサの実施例７を示す。以下に示す実施例７では、実施例１との相違点のみ説明する。
　該図に示す本実施例では、段差２４ａ、２４ｂは、ダイアフラム薄膜部２１を貫通しない一定の深さで形成されていると共に、段差２４ａ、２４ｂのＸ方向においては、段差２４ａ、２４ｂがダイアフラム薄膜部２１の端部からダイアフラム２の中心を跨いだもう一方のダイアフラム薄膜部２１の端部まで設けられている。一方、段差２４ａ、２４ｂのＹ方向においては、段差２４ａ、２４ｂがひずみセンサ３と隣接又は所定距離離れた位置からダイアフラム薄膜部２１の端部まで形成されており、ダイアフラム支持部２２の表面には形成されていない。
　このように構成することにより、実施例１と同様な効果が得られる。
　また、温度変化によりひずみセンサ３に加わる圧縮ひずみは、ひずみセンサ３のＹ方向のダイアフラム２の表面を掘り下げて段差２４ａ、２４ｂを形成することで、Ｙ方向のダイアフラム薄膜部２１の変形が容易になり、Ｙ方向の圧縮ひずみが緩和される。これにより、Ｘ方向とＹ方向とのひずみの差が小さくなり、温度変化に伴うゼロ点の出力変動を抑制できる。
　更に、段差２４ａ、２４ｂの加工を施さない構造においては、圧力印加に伴い、ダイアフラム薄膜部２１の端部で応力集中が発生する。よって、段差２４ａ、２４ｂを応力が集中するダイアフラム薄膜部２１の端部を跨いで形成しないことで、ダイアフラム薄膜部２１への応力集中の増加が抑制でき、ダイアフラム２の破損が防止できる。
　図１８及び図１９に本発明の圧力センサの実施例８を示す。以下に示す実施例８は、図８及び図９に示す実施例３の変形例であり、実施例３と相違点のみ説明する。
　該図に示す本実施例では、フランジ２３の上方で、かつ、ダイヤフラム支持部２２の側面に、ひずみセンサ３が接合された位置からダイアフラム中心方向（Ｘ方向）に伸延する切欠き２５が形成されているものである。他の構成は、実施例３と同様である。
　通常、フランジ２３は、他部材である例えばガス流路ベース（図示せず）に取付けるためのものであるが、このガス流路ベースに取付ける際、ガスが漏れないようにフランジ２３の底部とガス流路ベースの間にＯリング又はメタルＯリングを介してネジ締結している。しかし、そのネジ締結によりフランジ２３が変形し、ダイヤフラム支持部２２並びにダイヤフラム薄膜部２１に歪を与え、歪センサ３がその歪を検知してしまい、歪センサ３で検知した歪が、経時的に変化するとセンサ精度に影響を及ぼしてしまう恐れがある。
　しかしながら、上述した本実施例によれば、実施例３と同様な効果が得られることは勿論、ダイヤフラム支持部２２の側面に切欠き２５を設けることで、フランジ２３の変形をダイヤフラム薄膜部２１に伝搬することを抑制することができ、ネジ締結によりフランジ２３が変形したとしても、フランジ２３の変形をダイヤフラム薄膜部２１に伝搬することが抑制されるので、歪センサ３が歪を検知することがなくなり、センサ精度に影響を及ぼすことはないと言う効果がある。
　図２０及び図２１に本発明の圧力センサの実施例９を示す。以下に示す実施例９は、図１８及び図１９に示す実施例８の変形例であり、実施例８と相違点のみ説明する。
　該図に示す本実施例では、ダイヤフラム２の表面に、ひずみセンサ３の線膨張係数と近い線膨張係数の材質からなる被接合部材２６を有し、この被接合部材２６及び接合層４を介してひずみセンサ３が接合されていると共に、被接合部材２６面に、実施例８と同様な段差２４ａ、２４ｂが形成されている。
　通常、シリコンからなるひずみセンサ３をダイヤフラム２面に接合する手段は、クリープ等の問題から強固な金属接合（Ａｕ/Ｓｎ共晶接合やＡｕ/Ｇｅ共晶接合）或いはガラス接合（V－glass）が有効である。どちらの接合も２８０℃以上の温度で接合材を溶融させて接着するものであり、線膨張係数が異なる材料を接合すると固着時に大きな歪が残留してしまう。
　線膨張係数が１５.９×１０－６/℃の耐食性良好なＳＵＳ３１６Ｌ材からなるダイヤフラム２と線膨張係数が３.１×１０－６/℃のシリコンからなるひずみセンサ３を接合すると、線膨張係数が異なり過ぎ、極端な場合、ひずみセンサ３にクラックが入ってしまう。また、クラックなく接合できたとしても、温度変化により熱収縮差によるひずみが生じ、温度特性の悪いセンサとなってしまう。
　しかしながら、上述した本実施例によれば、実施例８と同様な効果が得られることは勿論、ダイヤフラム２の表面に、ひずみセンサ３の線膨張係数と近い線膨張係数の材質からなる被接合部材２６を有し、この被接合部材２６を介してひずみセンサ３が接合されているので、両者が線膨張係数が近く、ひずみセンサ３にクラックが入ることがなくなり、温度変化により熱収縮差によるひずみも生じることはなく、温度特性の良好なセンサを得ることができる。
　なお、上述した被接合部材２６は、線膨張係数がシリコンに近いものとすることが最良であり、例えば線膨張係数５×１０－６/℃程度のKovar（Ni-Co-Fe）又は４２Alloy(４２Ni-Fe)等が好ましい。
　但し、これらの材料は、耐食性から接ガス部材として好ましくない。そこで、低線膨張材とＳＵＳ３１６Ｌ材を張り合わせた複合材を加工し、接ガス部をＳＵＳ３１６Ｌ材としたダイヤフラム２を実現している。また、ダイヤフラム薄膜部２１は、極力ＳＵＳ３１６Ｌ層が薄いことが良く、ダイヤフラム薄膜部２１の全体厚さ（図２１にＬで示す）の１/４以下が望ましい。
　なお、実施例９では、ダイヤフラム２の表面全体に被接合部材２６を有しているが、ひずみセンサ３が設置されている箇所のダイヤフラム薄膜部２１に被接合部材２６が有していることでもよい。この場合は、ダイヤフラム２の表面に上述した段差２４ａ、２４ｂが形成されることになる。
　次に、本発明におけるダイアフラム薄膜部２１の段差２４ａ、２４ｂの効果を確認するため、本発明者等が行った有限要素法によるコンピュータシミレーションを用いて圧力センサ１の感度と温度特性を計算した結果を説明する。
　計算に用いたダイアフラム２の形状は、ダイアフラム支持部２２の外径が１０．０ｍｍ、ダイアフラム２の高さが２．０ｍｍ、ダイアフラム支持部２２の内径が７．６ｍｍ、ダイアフラム薄膜部２１の厚さが０．２５ｍｍとし、段差２４ａ、２４ｂの形状は図４乃至図７または図１０及び図１１の形状とし、段差２４ａ、２４ｂの深さは０．１ｍｍとした。また、ダイアフラム２の線膨張率の値にはＮｉ－Ｃｏ合金（コバール）の値である５．１×１０－６／Ｋを使用した。
　計算に用いたひずみセンサ３の形状は、縦横がそれぞれ２．４ｍｍ、厚さが０．１６ｍｍとし、ひずみセンサ３の線膨張率の値にはシリコンの値である３．０×１０－６／Ｋを使用した。また、ひずみセンサ３の接合位置は、ひずみセンサ３の中心がダイアフラム薄膜部２１の中心から径方向に２．９ｍｍだけ離れた位置にくるような位置とした。
　計算に用いた接合層４の形状は、縦横がそれぞれ２．４ｍｍ、厚さが０．０１ｍｍとし、接合層４の線膨張係数の値にはＡu/Ｓｎ共晶合金の値である１７．５×１０－６／Ｋを使用した。
　圧力センサ１の感度は、ダイアフラム薄膜部２１に評価対象の圧力が加わった場合のひずみセンサ３で検知されるＸ方向のひずみεＸとＹ方向のひずみεＹの差εＸ－εＹで評価し、段差２４ａ、２４ｂがない場合の感度を１とした場合の係数として求めた。
　圧力センサ１の温度特性は、Ａu/Ｓｎ共晶合金の融点である２８０℃から２０℃まで冷却される過程で生じるεＸ－εＹの値を計算し、段差２４ａ、２４ｂがない場合の温度係数を１とした場合の係数として求めた。
　シミュレーションの結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示す通り、本発明にかかる図４乃至図７または図１０及び図１１に示す段差２４ａ、２４ｂを設けたダイアフラム２を採用した場合は、段差２４ａ、２４ｂがない場合に比べて圧力センサ１の感度、温度特性が共に改善されることが確認できた。
　上記したコンピュータシミュレーションの結果を実際に確認するため、上記のサイズと図８及び図９の形状を有するダイアフラム２をＮｉ－Ｃｏ合金（コバール）で作製し、これに上記のサイズのひずみセンサ３を上記の位置にＡu/Ｓｎ共晶合金を用いて金属接合して、圧力センサａを作製した。
　また、比較資料として、同じ材料で段差のないダイアフラムを作製し、同様にひずみセンサを金属接合して、圧力センサｂを作製した。
　これらの圧力センサのダイアフラムに、圧力５００Ｐａの窒素ガスを加えたときの感度を測定したところ、圧力センサｂが１．００であるのに対し、圧力センサａでは１．１３であった。
　また、これらの圧力センサを５℃から６０℃まで加熱したときの温度係数の絶対値を測定したところ、圧力センサｂでは０．６０με／℃であったのに対し、圧力センサａでは０．４２με／℃であった。
　以上の結果より、本発明に係る圧力センサは、従来の圧力センサに比べて感度及び温度特性が改善されることが確認できた。
　次に、本発明の実施例８において、メタルＯリングを介してフランジ２３を流路ベースに締結した時のひずみセンサ３が感受する出力を表２に示す（表２は、切欠き２５がない場合の出力を１として表示している）。その時の図１９に示すＷ寸法は１.４mm、高さ寸法Hは２.８mmである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から明らかのように、切欠き２５があることで締結歪がダイヤフラム薄膜部２１に伝搬しにくくなり、ひずみセンサ３の出力は軽減されていることが分かる。また、高さＨを大きくすると、更にその効果が大きいことも分かる。
　以上説明した本発明に係る圧力センサ１の用途は、特に限定されるものではないが、ダイアフラム２を形成する第１の材料に耐食性の高い鋼などの材料を採用した場合には、例えば、腐食性の高い計測対象の圧力を測定する用途などに好適に用いることができる。かかる用途に用いる場合、ダイアフラム２を形成する第１の材料に耐食性の高い鋼などの材料を採用することに代えて、または、耐食性の高い鋼などの材料を採用することに加えて、第１の材料の表面に各種のコーティングを施すことができる。コーティングは、例えば、ニッケルや金などの耐食性に優れた金属のめっき層として構成してもよいし、フッ素樹脂などの耐腐食性に優れた樹脂の塗布層として構成してもよく、これらの組み合わせでもよい。
　また、本発明に係る圧力センサ１は、小型で、温度特性に優れているので、例えば、半導体製造装置に用いられるマスフローメータやマスフローコントローラなどに組み込んで計測対象の圧力をモニタリングする用途にも好適に用いることができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものでは無く、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものでは無い。また、実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１…圧力センサ、２…ダイアフラム、３…ひずみセンサ、４…接合層、５…気密ハウジング、６…気密空間、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ…ひずみゲージ、２１…ダイアフラム薄膜部、２２…ダイアフラム支持部、２３…フランジ、２４、２４ａ、２４ｂ…段差、２５…切欠き、２６…被接合部材。

Claims (20)

  1. 　圧力により変形する薄膜部と支持部から成る第１の材料で形成されたダイアフラムと、該ダイアフラム上に接合され、第２の材料に複数のひずみゲージを形成しているひずみセンサとを備え、前記ひずみセンサが前記ダイアフラムの中心から離れた端部位置に接合されており、しかも、前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向で、かつ、前記ひずみセンサと隣接又は所定距離離れたダイアフラム上に段差が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に記載の圧力センサにおいて、
    　前記複数のひずみゲージは、前記ひずみセンサの中心近傍に形成され、かつ、前記ひずみセンサの中心が、前記ダイアフラムの薄膜部の端近傍に合うように接合されていることを特徴とする圧力センサ。
  3. 　請求項１又は２に記載の圧力センサにおいて、
    　前記段差は、前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向に、前記ひずみセンサを挟むように少なくとも２個形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  4. 　請求項３に記載の圧力センサにおいて、
    　前記段差は、前記ダイアフラムの薄膜部を貫通しない深さで形成されていると共に、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向においては、その長さが前記ひずみセンサと同等で、かつ、その位置は前記ひずみセンサの端から端まで位置ずれなく設けられ、一方、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向においては、その長さが前記ダイアフラムの端までは形成されておらず、かつ、その位置は前記ひずみセンサと隣接又は所定距離離れ、少なくとも一部が前記ダイアフラムの薄膜部を含む範囲に形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  5. 　請求項３に記載の圧力センサにおいて、
    　前記段差は、前記ダイアフラムの薄膜部を貫通しない深さで形成されていると共に、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向においては、その長さは前記ひずみセンサより長く形成され、かつ、前記ひずみセンサと同等の位置から中心を跨ぐ範囲に設けられ、一方、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向においては、その長さは前記ダイアフラムの端まで形成されておらず、かつ、その位置は前記ひずみセンサと隣接又は所定距離離れ、少なくとも一部が前記ダイアフラムの薄膜部を含む範囲に形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  6. 　請求項３に記載の圧力センサにおいて、
    　前記段差は、前記ダイアフラムの薄膜部を貫通しない深さで形成されていると共に、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向においては、前記ダイアフラムの端から端まで設けられ、一方、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向においては、その長さは前記ダイアフラムの端まで形成されておらず、その位置は前記ひずみセンサと隣接又は所定距離離れ、少なくとも一部が前記ダイアフラムの薄膜部を含む範囲に形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  7. 　請求項３に記載の圧力センサにおいて、
    　前記段差は、前記ダイアフラムの薄膜部を貫通しない深さで形成されていると共に、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向においては、前記ダイアフラムの端から端まで設けられ、一方、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向においては、前記ひずみセンサと隣接又は所定距離離れた位置から前記ダイアフラムの端まで形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  8. 　請求項３に記載の圧力センサにおいて、
    　前記段差は、前記ダイアフラムの薄膜部を貫通しない一定の深さで形成されていると共に、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向においては、前記ダイアフラムの端から端まで設けられ、一方、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向においては、前記ひずみセンサの隣接した位置から前記ダイアフラムの端まで形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  9. 　請求項３に記載の圧力センサにおいて、
    　前記段差は、前記ダイアフラムの薄膜部を貫通しない深さで形成されていると共に、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向においては、その長さは前記ひずみセンサより長く形成され、かつ、その位置は、前記ダイアフラムの端から前記ダイアフラムの中心位置まで設けられ、一方、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向においては、前記ひずみセンサと隣接又は所定距離離れた位置から前記ダイアフラムの端まで形成され、少なくとも一部が前記ダイアフラムの薄膜部を含む範囲に形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  10. 　請求項３に記載の圧力センサにおいて、
    　前記段差は、前記ダイアフラムの薄膜部を貫通しない深さで形成されていると共に、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向においては、前記ダイアフラムの薄膜部の端部から前記ダイアフラムの中心を跨いだもう一方の前記ダイアフラムの薄膜部の端部まで設けられ、一方、前記段差の前記ダイアフラム中心から前記ひずみセンサが接合された方向に対して垂直な方向においては、前記ひずみセンサと隣接又は所定距離離れた位置から前記ダイアフラムの薄膜部の端部まで形成され、前記ダイアフラムの支持部の表面には形成されていないことを特徴とする圧力センサ。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
    　前記ひずみセンサがシリコンで形成され、かつ、前記ダイアフラムが金属材料で形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  12. 　請求項１１に記載の圧力センサにおいて、
    　前記ダイアフラムの金属材料は、SUS316Ｌ材であることを特徴とする圧力センサ。
  13. 　　請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
    　前記ひずみセンサの接合に、Ａu/Ｓｎ共晶接合或いはＡu/Ｇｅ共晶接合又はバナジウム系低融点ガラス（V－glass）を用いていることを特徴とする圧力センサ。
  14. 　請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
    　前記ダイアフラムの底部に他部材と締結するためのフランジを備え、前記フランジが気密ハウジングと固定され、前記ダイアフラムと前記気密ハウジングで囲まれた気密空間が一定の気圧を維持するように構成されていることを特徴とする圧力センサ。
  15. 　請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
    　前記フランジの上方で、かつ、前記ダイヤフラムの支持部の側面に、前記ひずみセンサが接合された位置から前記ダイアフラム中心方向に伸延する切欠きが形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  16. 　請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
    　前記ダイヤフラムは、その表面に前記ひずみセンサの線膨張係数と近い線膨張係数の材質からなる被接合部材を有し、該被接合部材を介して前記ひずみセンサが接合されていることを特徴とする圧力センサ。
  17. 　請求項１６に記載の圧力センサにおいて、
    　前記被接合部材の表面に、前記段差が形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  18. 　請求項１６又は１７に記載の圧力センサにおいて、
    　前記被接合部材は、Kovar（Ni-Co-Fe）又は４２Alloy(４２Ni-Fe)で形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  19. 　請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の圧力センサを組み込んで評価対象の圧力をモニタリングすることを特徴とするマスフローメータ。
  20. 　請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の圧力センサを組み込んで評価対象の圧力をモニタリングすることを特徴とするマスフローコントローラ。
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