WO2021166853A1 - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ Download PDF

Info

Publication number
WO2021166853A1
WO2021166853A1 PCT/JP2021/005556 JP2021005556W WO2021166853A1 WO 2021166853 A1 WO2021166853 A1 WO 2021166853A1 JP 2021005556 W JP2021005556 W JP 2021005556W WO 2021166853 A1 WO2021166853 A1 WO 2021166853A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
gauge
membrane
detection unit
gauge layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/005556
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小林　正典
健 海野
哲也 笹原
孝平 縄岡
Original Assignee
Tdk株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tdk株式会社 filed Critical Tdk株式会社
Priority to CN202180007836.2A priority Critical patent/CN114902028A/zh
Priority to US17/790,988 priority patent/US20230131075A1/en
Priority to EP21756421.0A priority patent/EP4109065A4/en
Publication of WO2021166853A1 publication Critical patent/WO2021166853A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0055—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor that detects pressure based on deformation of a membrane.
  • a pressure sensor that uses the piezoresistive effect (also called the piezoresistive effect) to detect the strain of the membrane (also called the diaphragm) by the resistance change is known.
  • the strain due to the deformation of the membrane is detected by the resistance change of the resistor provided on the membrane.
  • Patent Document 1 In order to improve the reliability of such a pressure sensor, for example, in Patent Document 1 below, it is proposed to stack and arrange a plurality of pressure detection units.
  • the detection portions are formed on the surface of the rigid body plate, and the rigid body plates are laminated to form the pressure sensor, and the pressure sensor is formed from the surface of the membrane.
  • the distance to the detection unit was not taken into consideration, and there was a problem in detection accuracy.
  • the present invention has been made in view of such an actual situation, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor having a plurality of detection units in the stacking direction and having improved detection accuracy.
  • the pressure sensor according to the present invention is A membrane that deforms in response to pressure,
  • the first gauge layer and the second gauge layer include a first detection unit and a second detection unit that detect deformation of the membrane, respectively.
  • the distance from the surface of the membrane to the second detection unit is within 30 ⁇ m.
  • the distance from the surface of the membrane to the second detection part is within 30 ⁇ m
  • the distance from the surface of the membrane to the first detection part is also within 30 ⁇ m
  • their detection It has been found that the stress (strain) detected in the part is substantially the same.
  • the outputs of the detection signals detected by both the first and second detection units are substantially the same. Therefore, for example, by comparing and monitoring the first detection signal detected by the first detection unit and the second detection signal detected by the second detection unit, a failure of one of the detection units can be easily detected. This makes it possible to improve the detection accuracy.
  • the first gauge layer, the intermediate insulating layer and the second gauge layer can be easily formed thin by a thin film forming method such as sputtering or thin film deposition, so that the pressure sensor can be downsized. It is possible to reduce the cost.
  • the thickness of each of the first gauge layer, the intermediate insulating layer, and the second gauge layer is 10 ⁇ m or less. By setting such a thickness relationship, it becomes easy to set the distance from the surface of the membrane to the second detection portion within 30 ⁇ m.
  • an underlying insulating layer having a thickness of 10 ⁇ m or less is formed between the membrane and the first gauge layer.
  • An electrode layer that covers and connects a part of the first gauge layer and a part of the second gauge layer may be formed on the membrane, and the thickness of the electrode layer is 10 ⁇ m or less. It is preferable to have.
  • the pattern arrangement of the first gauge layer and the pattern arrangement of the second gauge layer may be substantially the same when viewed from the normal direction of the membrane.
  • the position of the first detection part of the first gauge part and the position of the second detection part of the second gauge part are substantially the same position, and the stress due to the pressure applied to the membrane is almost the same position. The accuracy of the detection signal is further improved.
  • the pattern arrangement of the first gauge layer and the pattern arrangement of the second gauge layer may be displaced in the rotational direction when viewed from the normal direction of the membrane. By arranging in this way, it becomes easy to offset the position of the extraction electrode portion of the detection signal from the detection portion of each gauge layer.
  • the pressure sensor of the present invention further has a comparison means for comparing and monitoring the first detection signal detected by the first detection unit and the second detection signal detected by the second detection unit. May be good. By comparing the first detection signal and the second detection signal using the comparison means, it is possible to easily detect the failure of one of the detection units, and it is possible to improve the detection accuracy.
  • the pressure sensor of the present invention further has a switching means for switching and outputting the first detection signal detected by the first detection unit and the second detection signal detected by the second detection unit. You may. With this configuration, for example, when the detection unit of one gauge layer fails, the durability and redundancy of the pressure sensor are improved by switching to the detection unit of the other gauge layer.
  • another gauge layer may be laminated on the second gauge layer via another intermediate insulating layer.
  • the durability and redundancy of the pressure sensor are further improved.
  • the distance from the surface of the membrane to the detection portion of the other gauge layer is within 50 ⁇ m. If the distance to the detection unit is within a predetermined distance, the stress (strain) detected by the detection unit is not much different from the stress (strain) detected by the first detection unit and the second detection unit, and is relatively large. Can be detected with high accuracy.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view of the portion shown by II in FIG.
  • FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 2A according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2C is an enlarged cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 2A according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing the pattern arrangement of the first gauge layer along the line III-III shown in FIG. 2A.
  • FIG. 4A is a schematic view showing a pattern arrangement of the second gauge layer along the IV-IV line shown in FIG. 2A.
  • FIG. 4B is a schematic view showing a pattern arrangement of a second gauge layer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance (position) from the membrane surface and the stress according to the experiments conducted by the present inventors.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a usage example of the pressure sensor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a usage example of the pressure sensor according to another embodiment of the present invention.
  • the pressure sensor 10 has a membrane 22 that deforms in response to pressure.
  • the membrane 22 is composed of an end wall formed at one end of a hollow tubular stem 20.
  • the other end of the stem 20 is an open end of the hollow portion, which communicates with the flow path 12b of the connecting member 12, and the fluid introduced into the flow path 12b flows from the hollow portion of the stem 20 to the inner surface 22a of the membrane 22.
  • the fluid pressure acts on the membrane 22.
  • the stem 20 is made of a metal such as stainless steel.
  • a flange portion 21 is formed around the open end of the stem 20 so as to project outward from the axis of the stem 20, and the flange portion 21 is sandwiched between the connecting member 12 and the holding member 14.
  • the flow path 12b leading to the inner surface of the membrane 22 is sealed.
  • the connecting member 12 has a thread groove 12a for fixing the pressure sensor 10 to a pressure chamber or the like in which a fluid to be measured is sealed. By fixing the pressure sensor 10 to the pressure chamber or the like via the screw groove 12a, the flow path 12b formed inside the connecting member 12 is directed to the inside of the pressure chamber in which the fluid to be measured is present. Communicate tightly.
  • a circuit board 16 is attached around the stem 20 on the upper surface of the holding member 14.
  • the circuit board 16 includes, for example, the comparators (comparison means) 80, 82, 84 shown in FIG. 6, the changeover switch (changeover means) 90 shown in FIG. 7, a circuit for outputting a detection signal, and the like.
  • a laminated sensor main body 18 is formed on the outer surface 22b of the membrane 22.
  • the laminated sensor main body 18 and the circuit board 16 are connected by an intermediate wiring (for example, wire bonding) 72.
  • the laminated sensor main body 18 As shown in FIG. 2A, the laminated sensor main body 18 has a base insulating layer 30 formed in close contact with the outer surface 22b of the membrane 22 and a predetermined pattern formed on the base insulating layer 30. It has a 1-gauge layer 40.
  • the base insulating layer 30 is formed so as to cover almost the entire outer surface 22b of the membrane 22, and is composed of, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like.
  • the thickness of the base insulating layer 30 is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 1 to 5 ⁇ m.
  • the base insulating layer 30 can be formed on the outer surface 22b of the membrane 22 by a vapor deposition method such as CVD.
  • the first gauge layer 40 may be formed directly on the outer surface 22b of the membrane 22 without forming the underlying insulating layer 30.
  • the laminated sensor main body 18 further has an intermediate insulating layer 50 having a predetermined pattern formed on the first gauge layer 40 and a predetermined pattern formed on the intermediate insulating layer 50. It has a 2-gauge layer 60.
  • the first gauge layer 40 has a first detection unit 42.
  • the first detection unit 42 has first to fourth resistors R1 to R4, and these first to fourth resistors R1 to R4 form a Wheatstone bridge circuit by the first wiring layer 44. It is connected to the.
  • FIG. 6 or 7 shows a circuit diagram of the first detection unit 42 including the Wheatstone bridge circuit formed by the first to fourth resistors R1 to R4.
  • the first electrode layers 46a to 46d are formed in the first wiring layer 44 between the fourth resistor R4 and the first resistor R1, respectively.
  • the first to fourth resistors R1 to R4, the wiring layer 44, and the first electrode layers 46a to 46d can all be formed by patterning a conductive layer made of the same material, and these are the first gauges. It constitutes layer 40.
  • the first gauge layer 40 can be made of, for example, a Ni—Cr alloy, chromium oxide, chromium nitride, or the like.
  • the thickness of the first gauge layer 40 is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 0.1 to 1 ⁇ m.
  • the first gauge layer 40 can be formed by a thin film method such as sputtering.
  • the first to fourth resistors R1 to R4 are formed by, for example, patterning the conductor layer in a meander shape, and the first wiring layer 44 is formed by patterning the conductor layer in a straight line or a curved line.
  • the electrode layers 46a to 46d can be obtained by patterning the conductor layer so as to be wider than the first wiring layer 44.
  • the first to fourth resistors R1 to R4 are attached to positions where the membrane 22 shown in FIG. 2A is deformed and distorted by the fluid pressure, and the resistance value changes according to the amount of the strain.
  • the electrode layers 46a to 46d do not necessarily have to be attached at a position where the membrane 22 is distorted.
  • the intermediate insulating layer 50 formed on the first gauge layer 40 is made of the same material as the underlying insulating layer 30, but it does not necessarily have to be made of the same material.
  • the underlying insulating layer 30 is made of silicon oxide and the intermediate insulating layer 50 is made of silicon nitride
  • the silicon oxide tends to have stress in the compression direction and the silicon nitride tends to have tensile stress.
  • the intermediate insulating layer 50 can be formed in the same manner as the underlying insulating layer 30.
  • the intermediate insulating layer 50 is preferably patterned. This is because it is necessary to expose a part of the surface of the first gauge layer 40.
  • the resistors R1 to R4 constituting the first detection unit 42 of the first gauge layer 40 shown in FIG. 3 are preferably all covered with the intermediate insulating layer 50 shown in FIG. 2A, but the first electrode shown in FIG. It is preferable that at least a part of the layers 46a to 46d is not covered with the intermediate insulating layer 50. This is because the intermediate wiring layer 72 is connected to at least a part of the first electrode layers 46a to 46d shown in FIG. 3 via the extraction electrode layer 70 shown in FIG. 2A.
  • the thickness of the intermediate insulating layer 50 is preferably 10 ⁇ m or less, and more preferably 1 to 5 ⁇ m.
  • the thickness of the intermediate insulating layer 50 may be the same as the thickness of the underlying insulating layer 30, but may be different.
  • the thickness of the intermediate insulating layer 50 may be thinner than the thickness of the underlying insulating layer 30.
  • a second gauge layer 60 is formed on the intermediate insulating layer 50.
  • the second gauge layer 60 has a second detection unit 62, as shown in FIG. 4A.
  • the second detection unit 62 has first to fourth resistors R11 to R14 like the first detection unit 42, and these first to fourth resistors R11 to R14 are formed by the second wiring layer 64. It is connected to form a Wheatstone bridge circuit.
  • a circuit diagram of the second detection unit 62 including the Wheatstone bridge circuit formed by the first to fourth resistors R11 to R14 is shown in FIG. 6 or FIG.
  • the second electrode layers 66a to 66d are formed in the second wiring layer 64 between the fourth resistor R14 and the first resistor R11, respectively.
  • the first to fourth resistors R11 to R14, the wiring layer 64, and the second electrode layers 66a to 66d can all be formed by patterning a conductive layer made of the same material, and these are the second gauges. It constitutes layer 60.
  • the second gauge layer 60 is made of, for example, the same material as the first gauge layer 40, but does not necessarily have to be the same material. By using the same material for the second gauge layer 60 and the first gauge layer 40, there is an advantage that it becomes easier to form a detection unit having substantially the same characteristics and the manufacturing becomes easier. By using different materials for the 1-gauge layer 40, there is an advantage that redundancy is improved.
  • the thickness of the second gauge layer 60 is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 0.1 to 1 ⁇ m.
  • the thickness of the second gauge layer 60 is preferably the same as the thickness of the first gauge layer 40, but may be different.
  • the second gauge layer 60 can be formed by the same thin film method as the first gauge layer 40, but it does not necessarily have to be the same manufacturing method.
  • the first to fourth resistors R11 to R14 are formed by, for example, patterning the conductor layer in a meander shape, and the second wiring layer 64 is formed by patterning the conductor layer in a straight line or a curved line.
  • the electrode layers 66a to 66d can be obtained by patterning the conductor layer so as to be wider than the second wiring layer 64.
  • the first to fourth resistors R11 to R14 are attached to positions where the membrane 22 shown in FIG. 2A is deformed and distorted by the fluid pressure, and the resistance value changes according to the amount of the strain.
  • the electrode layers 66a to 66d do not necessarily have to be attached at a position where the membrane 22 is distorted.
  • the first resistor R1 of the first detection unit 40 and the first resistor R11 of the second detection unit 60 are the methods of the membrane 22 shown in FIG. 2A. They are arranged at substantially the same position when viewed from the line direction (direction perpendicular to the paper surface of FIGS. 3 and 4A). Further, the second resistor R2 of the first detection unit 40 and the second resistor R12 of the second detection unit 60 are arranged at substantially the same position when viewed from the normal direction of the membrane 22 shown in FIG. 2A. ..
  • the third resistor R3 of the first detection unit 40 and the third resistor R13 of the second detection unit 60 are arranged at substantially the same position when viewed from the normal direction of the membrane 22 shown in FIG. 2A. .. Furthermore, the fourth resistor R4 of the first detection unit 40 and the fourth resistor R14 of the second detection unit 60 are arranged at substantially the same position when viewed from the normal direction of the membrane 22 shown in FIG. 2A. be.
  • substantially the same position means substantially the same position, and does not necessarily have to be exactly the same position, but is located at an adjacent position connected by the wiring layer 44 or 64. It suffices to be located closer to the resistor.
  • the resistors R4 and R14 are closer to the resistors R1, R11, R3, and R13 at adjacent positions, and can be said to be substantially the same position.
  • a take-out electrode layer 70 that covers and connects a part of the first gauge layer 40 and a part of the second gauge layer 60 is formed on the membrane 22. be.
  • An intermediate wiring 72 is connected to the take-out electrode layer 70.
  • the extraction electrode layer 70 is made of a metal (including an alloy) containing at least one of Au, Pt, W, Al, and Ni, and may be formed by a thin film method such as sputtering, but the gauge layer 40 Since it is not necessary to form a thin film as compared with, 60, it may be formed by a plating method or the like.
  • the thickness of the extraction electrode layer 70 is preferably 0.1 to 4 ⁇ m.
  • An adhesion layer may be interposed between the first electrode layers 46a to 46d and the extraction electrode layer 70.
  • the adhesion layer include a metal layer containing at least one of Ti, Cr, Ni, and Mo.
  • the thickness of the adhesion layer may be sufficiently thinner than the thickness of the electrode layer 70.
  • the wiring layer 72 may be directly connected to the first electrode layers 46a to 46d shown in FIG. 3 without using the extraction electrode layer 70.
  • the resistors R1 to R4 of the first detection unit 42 are connected so as to form a Wheatstone bridge circuit, and the resistors R11 to R11 of the second detection unit 62 are connected.
  • R14 is also connected so as to form a Wheatstone bridge circuit.
  • the resistor R1 and the resistor R2 of the first detection unit 42 are connected to the power supply line VDD, and the resistor R11 and the resistor R12 of the second detection unit 62 are also connected to the power supply line VDD. It is done.
  • the resistor R2 and the resistor R3 of the first detection unit 42 are connected to the ground GND, and the resistor R12 and the resistor R13 of the second detection unit 62 are also connected to the ground GND. be. Further, the resistor R1 and the resistor R2 of the first detection unit 42 are connected to one input end of the first comparator 80 as a comparison means, and the resistor R3 and the resistor of the first detection unit 42 are connected to each other.
  • the body R4 is connected to the other input end of the first comparator 80.
  • the resistor R11 and the resistor R12 of the second detection unit 62 are connected to one input end of the second comparator 82 as a comparison means, and are connected to the resistor R13 of the second detection unit 62.
  • the resistor R14 is connected to the other input end of the second comparator 82.
  • the output end of the first comparator 80 and the output end of the second comparator 82 are connected to two input ends of the third comparator 84 as comparison means, respectively.
  • the output end of the third comparator 84 is connected to a control device or the like as a pressure detecting means (not shown).
  • an electrode layer 46b is connected between the resistor R2 and the resistor R3 of the first detection unit 42 via the wiring layer 44.
  • an electrode layer 66b is connected between the resistor R12 and the resistor R13 of the second detection unit 62 via the wiring layer 64.
  • the resistor R2 and the resistor R3 of the first detection unit 42 are connected to the ground GND, and the resistor R12 and the resistor R13 of the second detection unit 62 are also connected to each other.
  • the electrode layer 46b of the first gauge layer 40 and the electrode layer 66b of the second gauge layer 60 are directly connected by, for example, the extraction electrode layer 70 shown in FIG. 2A, and are shown in FIG. 1 by a single intermediate wiring 72. It may be connected to the ground GND of the circuit board 16 shown.
  • an electrode layer 46d is connected between the resistor R1 and the resistor R4 of the first detection unit 42 via the wiring layer 44.
  • an electrode layer 66d is connected between the resistor R11 and the resistor R14 of the second detection unit 62 via the wiring layer 64.
  • the resistor R1 and the resistor R4 of the first detection unit 42 are connected to the power supply line VDD, and are between the resistor R11 and the resistor R14 of the second detection unit 62. Is also connected to the power line VDD. Therefore, the electrode layer 46d of the first gauge layer 40 and the electrode layer 66d of the second gauge layer 60 are directly connected by, for example, the extraction electrode layer 70 shown in FIG. 2A, and a single intermediate wiring 72 is shown in FIG. It may be connected to the power supply line VDD of the circuit board 16 shown.
  • the other electrode layers 46a, 46c, 66a, 66c shown in FIGS. 3 and 4A are connected to the intermediate wirings 72 that are separate from each other shown in FIG. 1, and the comparator 80, shown in FIG. 6 provided on the circuit board 16. It is connected to the input end of 82.
  • the stem 20 is prepared.
  • the stem 20 is made of stainless steel such as SUS316.
  • the laminated sensor main body 18 is formed on the outer surface 22b of the membrane 22 of the stem 20.
  • a base insulating layer 30 is formed on the outer surface 22b of the membrane 22 with a predetermined thickness by a thin film method such as CVD or sputtering so as to cover the membrane 22.
  • a thin film method such as CVD or sputtering
  • the base insulating layer 30 include a silicon oxide film and a silicon nitride film.
  • the first gauge layer 40 is formed in a predetermined pattern on the surface of the base insulating layer 30.
  • the first gauge layer 40 includes resistors R1 to R4 shown in FIG. 3, which are pressure detection units (first detection unit 42), a first wiring layer 44, and first electrode layers 46a to 46d.
  • the resistors R1 to R4, the first wiring layer 44, and the first electrode layers 46a to 46d are made of a Ni—Cr alloy film or the like, and may be a single film or a multilayer film.
  • the total thickness is 10 ⁇ m or less.
  • the first gauge layer 40 is formed by a thin film method such as thin film deposition or sputtering.
  • the first gauge layer 40 is patterned so as to be the resistors R1 to R4, the first wiring layer 44, and the first electrode layers 46a to 46d, respectively.
  • Photolithography is used as a method for patterning. Specifically, methods such as lift-off, milling, and etching are used.
  • the intermediate insulating layer 50 is formed on the patterned first gauge layer 40.
  • the intermediate insulating layer 50 is formed to have a predetermined thickness by a thin film method such as CVD or sputtering.
  • a material similar to the material constituting the underlying insulating layer 30 may be used, but it does not necessarily have to be the same.
  • a second gauge layer 60 is formed on the intermediate insulating layer 50 in a predetermined pattern.
  • the second gauge layer 60 includes resistors R11 to R14 shown in FIG. 4A, which are pressure detection units (second detection unit 62), second wiring layers 64, and second electrode layers 66a to 66d.
  • the material and forming method of the second gauge layer 60 are the same as the material and forming method of the first gauge layer 40, but it is not always necessary to adopt the same material and forming method.
  • the intermediate insulating layer 50 is at least a part of the electrode layers 46a to 46d formed on the first gauge layer 40. Is patterned to expose, etc.
  • the method for patterning is the same as that of the base insulating layer 30, but it does not necessarily have to be the same.
  • the take-out electrode layer 70 is formed on the second gauge layer 60 of a predetermined pattern in a state where a part of the first gauge layer 40 is exposed, and the take-out electrode layer 70 is the first A part of the gauge layer 40 and a part of the second gauge layer 60 may be connected, or may be formed only on a part of the first gauge layer 40.
  • the take-out electrode layer 70 may be formed by a thin film method such as sputtering, but it may be formed by a plating method or the like because it is not necessary to form a thin film as compared with the gauge layers 40 and 60.
  • the surface of the laminated sensor main body 18 thus formed may be covered with a protective layer except for the intermediate wiring 72.
  • the protective layer may be, for example, an insulating layer formed by a thin film method, or may be a resin film or the like.
  • the thickness of each of the base insulating layer 30, the first gauge layer 40, and the intermediate insulating layer 50 is 10 ⁇ m or less. Therefore, the distance from the outer surface 22b of the membrane 22 to the second detection unit 62 of the second gauge layer 60 (normal direction of the membrane 22) can be set to 30 ⁇ m or less. Further, the distance from the outer surface 22b of the membrane 22 to the first detection unit 42 of the first gauge layer 42 is also within 10 ⁇ m, which is 30 ⁇ m or less.
  • FIG. 5 showing experiments by the present inventors, if the distance in the normal direction from the surface (outer surface 22b) of the membrane 22 toward the outside is 30 ⁇ m (0.03 mm) or less, it is formed on the surface of the membrane 22.
  • the stress acting on the laminated film is almost unchanged. That is, the stress (strain) detected by the first detection unit 42 of the first gauge layer 40 shown in FIG. 3 and the stress (strain) detected by the second detection unit 62 of the second gauge layer 60 shown in FIG. 4A. Almost matches.
  • the outputs of the detection signals detected by the first detection unit 42 and the second detection unit 62 are substantially the same. Therefore, for example, in the comparator 84 as the comparison means shown in FIG. 6, the first detection signal detected by the first detection unit 42 and the second detection signal detected by the second detection unit 62 are compared and monitored. be able to. For example, when the difference between the input signals detected by the comparator 84 is larger than a predetermined value, it becomes possible to easily detect the failure of one of the detection units 42 or 62, and the detection accuracy can be improved. can.
  • the first gauge layer 40, the intermediate insulating layer 50, and the second gauge layer 60 can be easily formed thin by a thin film forming method such as sputtering or thin film deposition, so that the pressure sensor 10 can be formed thinly. It becomes easy to reduce the size and cost of 10.
  • a base insulating layer 30 having a thickness of 10 ⁇ m or less is formed between the membrane 22 made of a conductive material such as metal and the first gauge layer 40.
  • the extraction electrode layer 70 having a thickness of preferably 10 ⁇ m or less, at least a part of the wiring for individually extracting from the gauge layers 40 and 60 is shared.
  • the take-out wiring 72 can be simplified.
  • the pattern arrangement of the first detection unit 42 of the first gauge layer 40 shown in FIG. 3 and the pattern arrangement of the second detection unit 62 of the second gauge layer 60 shown in FIG. 4A are the pattern arrangement of the membrane 22. It is substantially the same when viewed from the normal direction. With this configuration, the stress due to the pressure applied to the membrane 22 is detected by each of the resistors R1 to R4 or R11 to R14 at substantially the same position, and the accuracy of the detection signal is further improved.
  • the pattern arrangement of the first detection unit 42 of the first gauge layer 40 shown in FIG. 3 (arrangement of the resistors R1 to R4) and the second detection of the second gauge layer 60 shown in FIG. 4A are performed.
  • the pattern arrangement of the portion 62 (arrangement of the resistors R11 to R14) is slightly deviated from the normal direction of the membrane 22.
  • the pattern arrangement of the first detection unit 42 of the first gauge layer 40 shown in FIG. 3 and the arrangement of the second detection unit 62 of the second gauge layer 60 may be almost completely matched. .. That is, the second detection unit of the second gauge layer may be formed in the same arrangement as the pattern arrangement of the first detection unit 42 of the first gauge layer 40 shown in FIG. However, in that case, it is preferable that the arrangement pattern of the first electrode layers 46a to 46d and the arrangement pattern of the second electrode layers 66a to 66d are displaced from each other. This is to enable the take-out electrode 70 or the intermediate wiring 72 to be connected to the electrode layers 46a to 46d and 66a to 66d.
  • the configuration and operation of the laminated sensor main body 18a are only different from those of the first embodiment, and the other configurations and actions are the first. It is the same as the embodiment, and the description of the common part will be omitted.
  • the pattern of the second gauge layer 60 is different from that of the first embodiment, and a part of the second gauge layer 60 is directly connected to a part of the first gauge layer 40. It is done.
  • a portion in which a part of the second gauge layer 60 is directly connected to a part of the first gauge layer 40 for example, the electrode layer 46b of the first gauge layer 40 shown in FIG. 6 and the second gauge layer
  • the electrode layer 66b of 60 is a portion connected to the ground GND.
  • the electrode layer 46d of the first gauge layer 40 shown in FIG. 6 and the second gauge layer 40 The electrode layer 66d of the gauge layer 60 is a portion connected to the power supply line VDD.
  • the take-out electrode layer 70 or the intermediate wiring 72 may be connected to the layer 66d.
  • the other electrode layers 46a, 46c, 66a, 66c shown in FIGS. 3 and 4A are connected to the intermediate wirings 72 that are separate from each other shown in FIG. 1, and the comparator 80, shown in FIG. 6 provided on the circuit board 16. It is connected to the input end of 82.
  • the configuration and operation of the laminated sensor main body 18b are only different from those of the first embodiment, and the other configurations and operations are the first. It is the same as the embodiment, and the description of the common part will be omitted.
  • the pattern of the intermediate insulating layer 50 or the pattern of the extraction electrode layer 70 is different so that the first gauge layer 40 and the second gauge layer 60 are insulated. That is, in the present embodiment, inside the laminated sensor main body 18b, the first gauge layer 40 and the second gauge layer 60 are not directly connected, and are also indirectly connected via the extraction electrode layer 70. Not done. Therefore, the intermediate wiring 72 is connected to each of the electrode layers 46a to 46d and 66a to 66d shown in FIGS. 3 and 4A via or without the extraction electrode layer 70 shown in FIG. 2C.
  • the pattern arrangement of the second gauge layer 60a is only different from that of the first embodiment, and the other configurations and actions are the first to the first. It is the same as the third embodiment, and the description of common parts will be omitted.
  • the pattern arrangement of the first detection unit 42 of the first gauge layer 40 and the pattern arrangement of the second detection unit 62 of the second gauge layer 60a are the membrane 22 (FIG. 1). (See) is displaced in the direction of rotation when viewed from the normal direction.
  • the pattern arrangement of the second gauge layer 60a is the same pattern arrangement as that of the first gauge layer 40, except that the rotation angle is displaced by a predetermined angle (about 90 degrees).
  • the electrode layers 46a to 46d of the first gauge layer 40 become the electrode layers of the second gauge layer 60. It overlaps 66a to 66d, and the resistors R1 to R4 of the first gauge layer 40 overlap with the resistors R11 to R14 of the second gauge layer 60. Further, the wiring layer 44 and the wiring layer 64 also overlap.
  • the pattern arrangement of the second gauge layer 60a is displaced from the pattern arrangement of the first detection unit 42 of the first gauge layer 40 at a rotation angle of about 90 degrees. , Not limited to about 90 degrees.
  • the rotation angle of the misalignment can be freely changed in the range of 0 to 180 degrees, for example, but in the case of a large misalignment, it is preferably about 60 to 120 degrees.
  • the positions of the electrode layers 46a to 46d for extracting the detection signal from the detection unit 42 of the first gauge layer 40 and the electrode layer for extracting the detection signal from the detection unit 62 of the second gauge layer 60a can be offset in the rotation direction. Therefore, wiring from each of the electrode layers 46a to 46d and 66a to 66d becomes easy.
  • the pressure sensors of the present embodiment do not have the comparators 82 and 84 shown in FIG. 6, but have a changeover switch (switching means) 90, but the first to fourth embodiments are present. It is the same as the embodiment, and the description of the common part will be omitted.
  • the resistor R1 and the resistor R2 of the first detection unit 42 are connected to the first input end 91 of the changeover switch 90, and the first detection unit 42
  • the resistor R3 and the resistor R4 of the above are connected to the third input end 93 of the changeover switch 90.
  • the resistor R11 and the resistor R12 of the second detection unit 62 are connected to the second input terminal 92 of the changeover switch 90, and the resistor R13 and the resistor R14 of the second detection unit 62 are connected to each other. Is connected to the fourth input terminal 94 of the changeover switch 90.
  • the changeover switch 90 the first output terminal 95 is connected to one input end of the comparator 80, and the second output end 96 is connected to the other input end of the comparator 80.
  • the changeover switch 90 can simultaneously realize the connection between the first input end 91 and the first output end 95 and the connection between the third input end 93 and the second output end 96.
  • the changeover switch 90 is controlled by, for example, a control circuit built in the circuit board 16 shown in FIG. 1, and from the state shown in FIG. 7, the connection between the second input terminal 92 and the first output end 95 and the first It is possible to switch to a state in which the connection between the 4-input terminal 94 and the second output terminal 96 is realized at the same time.
  • the changeover switch 90 is controlled by a control circuit built in the circuit board 16 shown in FIG. 1, and the switch can be changed in the reverse manner.
  • the first detection signal detected by the first detection unit 42 and the second detection signal detected by the second detection unit 62 can be switched by the changeover switch 90 and input to the comparator 80. can.
  • the detection unit 42 or 62 of one gauge layer 40 or 60 fails, the durability and redundancy of the pressure sensor can be improved by switching to the detection unit of the other gauge layer. improves.
  • another gauge layer may be laminated on the second gauge layer 60 or 60a via another intermediate insulating layer 50.
  • the durability and redundancy of the pressure sensor are further improved.
  • the distance from the outer surface 22b of the membrane 22 to the detection portion of the other gauge layer is preferably 50 ⁇ m or less.
  • the stress (strain) detected by the detection unit is the first detection unit 42 and the second detection unit 42. It can be detected with relatively high accuracy without much difference (within a range of 1%) from the stress (strain) detected in 62.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

（課題）　 積層方向に複数の検知部を有し、しかも検出精度が向上している圧力センサを提供する。 (解決手段）　圧力に応じた変形を生じるメンブレン２２と、メンブレン２２上に形成される第１ゲージ層４０と、第１ゲージ層４０の上に形成される中間絶縁層５０と、中間絶縁層５０の上に形成される第２ゲージ層６０とを有する圧力センサ１０である。　第１ゲージ層４０および第２ゲージ層６０は、それぞれメンブレンの変形を検出する第１検知部４２および第２検知部６２を含む。　メンブレン２２の表面からの第２検知部６２までの距離が３０μｍ以内である。

Description

圧力センサ
　本発明は、メンブレンの変形に基づき圧力を検出する圧力センサに関する。
　圧抵抗効果（ピエゾ抵抗効果ともいう）を利用して、メンブレン（ダイアフラムともいう）の歪を抵抗変化により検出する圧力センサが知られている。このような圧力センサでは、メンブレンの変形による歪を、メンブレン上に設けられた抵抗体の抵抗変化により検出する。
　このような圧力センサの信頼性などを向上させるために、たとえば下記の特許文献１では、複数の圧力検知部を積層して配置することが提案されている。
　しかしながら、複数の検知部を積層して配置する従来の圧力センサでは、検知部を剛体板の表面に形成してあり、その剛体板を積層して圧力センサを構成してあり、メンブレン表面からの検知部までの距離が考慮されておらず、検出精度に課題があった。
特開２０１８－４０７２６号公報
　本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、積層方向に複数の検知部を有し、しかも検出精度が向上している圧力センサを提供することである。
　本発明者等は、積層方向に複数の検知部を有し、しかも検出精度が向上している圧力センサについて鋭意検討した結果、メンブレンの表面からの第２ゲージ層の検知部までの距離を短くすることで、検出精度が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。
　すなわち、本発明に係る圧力センサは、
圧力に応じた変形を生じるメンブレンと、
前記メンブレン上に形成される第１ゲージ層と、
前記第１ゲージ層の上に形成される中間絶縁層と、
前記中間絶縁層の上に形成される第２ゲージ層とを有する圧力センサであって、
前記第１ゲージ層および前記第２ゲージ層は、それぞれ前記メンブレンの変形を検出する第１検知部および第２検知部を含み、
前記メンブレンの表面からの前記第２検知部までの距離が３０μｍ以内である。
　本発明者等の実験によれば、メンブレンの表面からの第２検知部までの距離が３０μｍ以内であれば、メンブレンの表面からの第１検知部までの距離も３０μｍ以内であり、それらの検知部で検知される応力（ひずみ）は、略同等になることが判明している。その結果、双方の第１および第２検知部で検出される検出信号の出力が略同等になる。そのため、たとえば第１検知部で検出された第１検出信号と、前記第２検知部で検出された第２検出信号とを比較してモニタリングすることで、一方の検知部の故障を容易に検出することが可能になり、検出精度の向上を図ることができる。
　また、本発明の圧力センサでは、スパッタリングや蒸着などの薄膜形成法により、第１ゲージ層と中間絶縁層と第２ゲージ層とを容易に薄く形成することができるため、圧力センサの小型化と低コスト化を図ることが可能になる。
　好ましくは、前記第１ゲージ層と前記中間絶縁層と前記第２ゲージ層の各層の厚みが、それぞれ１０μｍ以下である。このような厚み関係に設定することで、メンブレンの表面からの第２検知部までの距離を３０μｍ以内に設定しやすくなる。
　メンブレンが金属などの導電性で構成してある場合には、好ましくは、前記メンブレンと前記第１ゲージ層との間には、厚みが１０μｍ以下の下地絶縁層が形成してある。下地絶縁層を形成することで、第１ゲージ層とメンブレンとの絶縁性が確保され、第１ゲージ層の第１検出部での検出精度が向上する。
　前記第１ゲージ層の一部と、前記第２ゲージ層の一部とを覆って接続する電極層が、前記メンブレンの上に形成してあってもよく、前記電極層の厚みが１０μｍ以下であることが好ましい。このように構成してある電極層を形成することで、各ゲージ層から個別に取り出すための配線の少なくとも一部を共用化することができ、取出配線を単純化することができる。
　前記第１ゲージ層のパターン配置と、前記第２ゲージ層のパターン配置とが、前記メンブレンの法線方向から見て実質的に同一であってもよい。このように構成することで、第１ゲージ部の第１検出部の位置と、第２ゲージ部の第２検出部の位置とが略同じ位置となり、メンブレンに加わる圧力による応力を、ほぼ同じ位置で検出することになり、検出信号の精度がさらに向上する。
　あるいは、前記第１ゲージ層のパターン配置と、前記第２ゲージ層のパターン配置とが、前記メンブレンの法線方向から見て回転方向に位置ずれにしていてもよい。このように配置することで、各ゲージ層の検知部からの検出信号の取出電極部の位置をオフセットさせやすくなる。
　本発明の圧力センサは、前記第１検知部で検出された第１検出信号と、前記第２検知部で検出された第２検出信号とを比較してモニタリングする比較手段をさらに有していてもよい。比較手段を用いて、第１検出信号と、第２検出信号とを比較することで、一方の検知部の故障を容易に検出することが可能になり、検出精度の向上を図ることができる。
　あるいは、本発明の圧力センサは、前記第１検知部で検出された第１検出信号と、前記第２検知部で検出された第２検出信号とを切り替えて出力させる切り替え手段をさらに有していてもよい。このように構成することで、たとえば一方のゲージ層の検知部が故障した場合には、他方のゲージ層の検知部に切り替えることで、圧力センサの耐久性および冗長性が向上する。
　また、前記第２ゲージ層の上には、別の中間絶縁層を介して、その他のゲージ層が積層されてもよい。このように構成することで、圧力センサの耐久性および冗長性がさらに向上する。好ましくは、前記メンブレンの表面からの前記その他のゲージ層の検知部までの距離が５０μｍ以内である。検知部までの距離が所定距離の範囲内であれば、検知部で検知される応力（ひずみ）は、第１検知部および第２検知部で検知される応力（ひずみ）と大差なく、比較的に高精度で検出することができる。
図１は本発明の一実施形態に係る圧力センサの概略断面図である。 図２Ａは図１のIIで示す部分の拡大断面図である。 図２Ｂは本発明の他の実施形態に係る図２Ａに対応する部分の拡大断面図である。 図２Ｃは本発明のさらに他の実施形態に係る図２Ａに対応する部分の拡大断面図である。 図３は図２Ａに示すIII－III線に沿う第１ゲージ層のパターン配列を示す概略図である。 図４Ａは図２Ａに示すIV－IV線に沿う第２ゲージ層のパターン配列を示す概略図である。 図４Ｂは本発明の他の実施形態に係る第２ゲージ層のパターン配列を示す概略図である。 図５は本発明者等の実験によるメンブレン表面からの距離（位置）と応力との関係を示すグラフである。 図６は本発明の一実施形態に係る圧力センサの使用例を示す回路図である。 図７は本発明の他の実施形態に係る圧力センサの使用例を示す回路図である。
　以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
　第１実施形態
　図１に示すように、圧力センサ１０は、圧力に応じた変形を生じるメンブレン２２を有する。メンブレン２２は、本実施形態では、中空筒状のステム２０の一端に形成してある端壁で構成してある。ステム２０の他端は中空部の開放端となっており、接続部材１２の流路１２ｂに連通してあり、流路１２ｂに導入される流体が、ステム２０の中空部からメンブレン２２の内面２２ａに導かれて流体圧をメンブレン２２に作用するようになっている。ステム２０は、たとえばステンレスなどの金属で構成される。
　ステム２０の開放端の周囲には、フランジ部２１がステム２０の軸芯から外方に突出するように形成してあり、フランジ部２１が接続部材１２と抑え部材１４との間に挟まれ、メンブレン２２の内面へと至る流路１２ｂが密封されるようになっている。接続部材１２は、圧力センサ１０を、測定対象となる流体が封入してある圧力室などに対して固定するためのねじ溝１２ａを有する。ねじ溝１２ａを介して圧力センサ１０を圧力室などに固定することにより、接続部材１２の内部に形成されている流路１２ｂは、測定対象となる流体が内部に存在する圧力室の内部に対して気密に連通する。
　抑え部材１４の上面でステム２０の周囲には、回路基板１６が取り付けてある。回路基板１６には、たとえば図６に示すコンパレータ（比較手段）８０，８２，８４、図７に示す切り替えスイッチ（切り替え手段）９０、あるいは検出信号を出力するための回路などが内蔵してある。
　図１に示すように、メンブレン２２の外面２２ｂには、積層型センサ本体１８が形成してある。積層型センサ本体１８と回路基板１６とは、中間配線（たとえばワイヤボンディング）７２により接続してある。
　次に、積層型センサ本体１８について説明する。図２Ａに示すように、積層型センサ本体１８は、メンブレン２２の外面２２ｂに密着して成膜してある下地絶縁層３０と、下地絶縁層３０の上に成膜してある所定パターンの第１ゲージ層４０とを有する。
　下地絶縁層３０は、メンブレン２２の外面２２ｂのほぼ全体を覆うように形成してあり、たとえばシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などで構成される。下地絶縁層３０の厚みは、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは１～５μｍである。下地絶縁層３０は、たとえばＣＶＤなどの蒸着法によりメンブレン２２の外面２２ｂに形成することができる。なお、メンブレン２２の外面２２ｂが絶縁性を有する場合には、下地絶縁層３０は、形成することなく、メンブレン２２の外面２２ｂに直接に第１ゲージ層４０を成膜してもよい。
　本実施形態では、積層型センサ本体１８は、さらに、第１ゲージ層４０の上に成膜される所定パターンの中間絶縁層５０と、中間絶縁層５０の上に成膜される所定パターンの第２ゲージ層６０とを有する。
　図３に示すように、第１ゲージ層４０は、第１検知部４２を有する。第１検知部４２は、第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４を有し、これらの第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、第１配線層４４によりホイートストーンブリッジ回路を構成するように接続されている。第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４により形成されるホイートストーンブリッジ回路から成る第１検知部４２の回路図を図６または図７に示す。
　図３に示すように、第１抵抗体Ｒ１と第２抵抗体Ｒ２との間、第２抵抗体Ｒ２と第３抵抗体Ｒ３との間、第３抵抗体Ｒ３と第４抵抗体Ｒ４との間、第４抵抗体Ｒ４と第１抵抗体Ｒ１との間の第１配線層４４には、それぞれ第１電極層４６ａ～４６ｄが形成してある。
　第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４と、配線層４４と、第１電極層４６ａ～４６ｄとは、全て同一材質の導電層をパターン加工することで形成することができ、これらが第１ゲージ層４０を構成する。第１ゲージ層４０は、たとえばＮｉ－Ｃｒ合金、酸化クロム、窒化クロムなどで構成することができる。第１ゲージ層４０の厚みは、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは０．１～１μｍである。第１ゲージ層４０は、スパッタリングなどの薄膜法により形成することができる。
　第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、たとえば導体層をミアンダ形状にパターニングすることで形成され、第１配線層４４は、導体層を直線または曲線状にパターニングすることで形成され、第１電極層４６ａ～４６ｄは、第１配線層４４よりも幅広になるように導体層をパターニングすることで得られる。
　第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、図２Ａに示すメンブレン２２が流体圧により変形して歪む位置に取り付けられ、その歪み量に応じて抵抗値が変化するように構成してある。なお、電極層４６ａ～４６ｄは、必ずしもメンブレン２２が歪む位置に取り付けられる必要はない。
　図２Ａに示すように、第１ゲージ層４０の上に形成してある中間絶縁層５０は、下地絶縁層３０と同様な材質で構成してあるが、必ずしも同じ材質で構成する必要はない。たとえば下地絶縁層３０をシリコン酸化物で構成し、中間絶縁層５０をシリコン窒化物で構成することで、シリコン酸化物は圧縮方向の応力、シリコン窒化物は引張応力をそれぞれ有する傾向にあることから、このような構成とすることで各層の応力をキャンセルし、膜のはく離などの不良を低減できるなどのメリットがある。中間絶縁層５０は、下地絶縁層３０と同様な方法で成膜することができる。
　中間絶縁層５０は、パターン加工されることが好ましい。第１ゲージ層４０の表面の一部を露出させる必要があるからである。たとえば図３に示す第１ゲージ層４０の第１検知部４２を構成する抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、図２Ａに示す中間絶縁層５０で全て覆われることが好ましいが、図３に示す第１電極層４６ａ～４６ｄの少なくとも一部は、中間絶縁層５０で覆われないことが好ましい。図３に示す第１電極層４６ａ～４６ｄの少なくとも一部には、図２Ａに示す取出電極層７０を介して中間配線層７２が接続されるからである。
　中間絶縁層５０の厚みは、好ましくは１０μｍ以下であり、さらに好ましくは１～５μｍである。中間絶縁層５０の厚みは、下地絶縁層３０の厚みと同じでもよいが、異ならせてもよい。たとえば中間絶縁層５０の厚みを下地絶縁層３０厚みよりも薄くしてもよい。厚みを異ならせることで、少なくともいずれかの絶縁層の絶縁は確保され、冗長性が向上する。
　中間絶縁層５０の上には、第２ゲージ層６０が形成される。本実施形態では、第２ゲージ層６０は、図４Ａに示すように、第２検知部６２を有する。第２検知部６２は、第１検知部４２と同様に、第１～第４抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４を有し、これらの第１～第４抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４は、第２配線層６４によりホイートストーンブリッジ回路を構成するように接続されている。第１～第４抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４により形成されるホイートストーンブリッジ回路から成る第２検知部６２の回路図を図６または図７に示す。
　図４Ａに示すように、第１抵抗体Ｒ１１と第２抵抗体Ｒ１２との間、第２抵抗体Ｒ１２と第３抵抗体Ｒ１３との間、第３抵抗体Ｒ１３と第４抵抗体Ｒ１４との間、第４抵抗体Ｒ１４と第１抵抗体Ｒ１１との間の第２配線層６４には、それぞれ第２電極層６６ａ～６６ｄが形成してある。
　第１～第４抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４と、配線層６４と、第２電極層６６ａ～６６ｄとは、全て同一材質の導電層をパターン加工することで形成することができ、これらが第２ゲージ層６０を構成する。第２ゲージ層６０は、たとえば第１ゲージ層４０と同様な材質で構成してあるが、必ずしも同一の材質である必要はない。第２ゲージ層６０と第１ゲージ層４０の材質を同じにすることで、略同じ特性の検知部を形成しやすくなると共に、製造が容易になるというメリットがあり、第２ゲージ層６０と第１ゲージ層４０の材質を異ならせることで、冗長性が向上するというメリットがある。
　第２ゲージ層６０の厚みは、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは０．１～１μｍである。第２ゲージ層６０の厚みは、第１ゲージ層４０の厚みと同様であることが好ましいが、異ならせてもよい。第２ゲージ層６０と第１ゲージ層４０の厚みを同じにすることで、略同じ特性の検知部を形成しやすくなるというメリットがあり、第２ゲージ層６０と第１ゲージ層４０の厚みを異ならせることで、冗長性が向上するというメリットがある。
　第２ゲージ層６０は、第１ゲージ層４０と同様な薄膜法で形成することができるが、必ずしも同一の製法ではなくてもよい。第２ゲージ層６０と第１ゲージ層４０の製法を同じにすることで、略同じ特性の検知部を形成しやすくなると共に、製造が容易になるというメリットがあり、第２ゲージ層６０と第１ゲージ層４０の製法を異ならせることで、冗長性が向上するというメリットがある。
　第１～第４抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４は、たとえば導体層をミアンダ形状にパターニングすることで形成され、第２配線層６４は、導体層を直線または曲線状にパターニングすることで形成され、第２電極層６６ａ～６６ｄは、第２配線層６４よりも幅広になるように導体層をパターニングすることで得られる。
　第１～第４抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４は、図２Ａに示すメンブレン２２が流体圧により変形して歪む位置に取り付けられ、その歪み量に応じて抵抗値が変化するように構成してある。なお、電極層６６ａ～６６ｄは、必ずしもメンブレン２２が歪む位置に取り付けられる必要はない。
　本実施形態では、図３および図４Ａに示すように、第１検知部４０の第１抵抗体Ｒ１と、第２検知部６０の第１抵抗体Ｒ１１とが、図２Ａに示すメンブレン２２の法線方向（図３および図４Ａの紙面に垂直方向）から見て略同じ位置に配置してある。また、第１検知部４０の第２抵抗体Ｒ２と、第２検知部６０の第２抵抗体Ｒ１２とが、図２Ａに示すメンブレン２２の法線方向から見て略同じ位置に配置してある。
　さらに、第１検知部４０の第３抵抗体Ｒ３と、第２検知部６０の第３抵抗体Ｒ１３とが、図２Ａに示すメンブレン２２の法線方向から見て略同じ位置に配置してある。さらにまた、第１検知部４０の第４抵抗体Ｒ４と、第２検知部６０の第４抵抗体Ｒ１４とが、図２Ａに示すメンブレン２２の法線方向から見て略同じ位置に配置してある。
　なお、本実施形態において、略同じ位置とは、実質的に同一の位置という意味であり、必ずしも完全に同一の位置でなくてもよく、配線層４４または６４で接続される隣の位置にある抵抗体よりは近い位置に位置すればよい。たとえば抵抗体Ｒ４とＲ１４とは、隣の位置の抵抗体Ｒ１，Ｒ１１，Ｒ３，Ｒ１３よりは近い位置にあり、実質的に同一の位置と言うことができる。
　本実施形態では、図２Ａに示すように、第１ゲージ層４０の一部と、第２ゲージ層６０の一部とを覆って接続する取出電極層７０が、メンブレン２２の上に形成してある。取出電極層７０には、中間配線７２が接続される。
　取出電極層７０は、たとえばＡｕ，Ｐｔ，Ｗ，Ａｌ，Ｎｉの内の少なくとも一種を含む金属（合金含む）で構成してあり、スパッタリングなどの薄膜法により形成してもよいが、ゲージ層４０，６０に比較して薄く成膜する必要はないので、メッキ法などにより形成してもよい。取出電極層７０の厚みは、好ましくは０．１～４μｍである
　なお、第１電極層４６ａ～４６ｄと取出電極層７０との間には、密着層を介在させてもよい。密着層としては、たとえばＴｉ、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏの少なくとも１つを含む金属層などが例示される。密着層の厚みは、電極層７０の厚みよりも十分に薄くてよい。また、取出電極層７０を用いることなく、配線層７２は、図３に示す第１電極層４６ａ～４６ｄに直接に接続してあってもよい。
　図６に示すように、本実施形態では、第１検知部４２の抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、ホイートストーンブリッジ回路を構成するように接続してあり、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４も、同様に、ホイートストーンブリッジ回路を構成するように接続してある。第１検知部４２の抵抗体Ｒ１と抵抗体Ｒ２との間は、電源線ＶＤＤに接続してあり、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１１と抵抗体Ｒ１２との間も、電源線ＶＤＤに接続してある。
　第１検知部４２の抵抗体Ｒ２と抵抗体Ｒ３との間は、グランドＧＮＤに接続してあり、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１２と抵抗体Ｒ１３との間も、グランドＧＮＤに接続してある。また、第１検知部４２の抵抗体Ｒ１と抵抗体Ｒ２との間は、比較手段としての第１コンパレータ８０の一方の入力端に接続してあり、第１検知部４２の抵抗体Ｒ３と抵抗体Ｒ４との間は、第１コンパレータ８０の他方の入力端に接続してある。
　同様に、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１１と抵抗体Ｒ１２との間は、比較手段としての第２コンパレータ８２の一方の入力端に接続してあり、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１３と抵抗体Ｒ１４との間は、第２コンパレータ８２の他方の入力端に接続してある。第１コンパレータ８０の出力端と第２コンパレータ８２の出力端とは、比較手段としての第３コンパレータ８４の二つの入力端にそれぞれ接続してある。第３コンパレータ８４の出力端は、図示省略してある圧力検出手段としての制御装置などに接続してある。
　図３に示すように、第１検知部４２の抵抗体Ｒ２と抵抗体Ｒ３との間には、配線層４４を介して電極層４６ｂが接続してある。また、図４Ａに示すように、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１２と抵抗体Ｒ１３との間には、配線層６４を介して電極層６６ｂが接続してある。図６に示すように、第１検知部４２の抵抗体Ｒ２と抵抗体Ｒ３との間は、グランドＧＮＤに接続してあり、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１２と抵抗体Ｒ１３との間も、グランドＧＮＤに接続してある。そのため、第１ゲージ層４０の電極層４６ｂと第２ゲージ層６０の電極層６６ｂとは、たとえば図２Ａに示す取出電極層７０により直接に接続されて、単一の中間配線７２で図１に示す回路基板１６のグランドＧＮＤに接続してもよい。
　また同様に、図３に示すように、第１検知部４２の抵抗体Ｒ１と抵抗体Ｒ４との間には、配線層４４を介して電極層４６ｄが接続してある。また、図４Ａに示すように、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１１と抵抗体Ｒ１４との間には、配線層６４を介して電極層６６ｄが接続してある。図６に示すように、第１検知部４２の抵抗体Ｒ１と抵抗体Ｒ４との間は、電源線ＶＤＤに接続してあり、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１１と抵抗体Ｒ１４との間も、電源線ＶＤＤに接続してある。そのため、第１ゲージ層４０の電極層４６ｄと第２ゲージ層６０の電極層６６ｄとは、たとえば図２Ａに示す取出電極層７０により直接に接続されて、単一の中間配線７２で図１に示す回路基板１６の電源線ＶＤＤに接続してもよい。
　図３および図４Ａに示すその他の電極層４６ａ，４６ｃ，６６ａ，６６ｃは、図１に示す相互に別々の中間配線７２に接続されて、回路基板１６に具備された図６に示すコンパレータ８０，８２の入力端に接続される。
　次に、図１に示す圧力センサ１０の製造方法について説明する。まず、ステム２０を準備する。ステム２０は、たとえばＳＵＳ３１６などのステンレスで構成してある。次に、図２Ａに示すように、ステム２０のメンブレン２２の外面２２ｂに、積層型センサ本体１８を形成する。
　積層型センサ本体１８を形成するために、まず、メンブレン２２の外面２２ｂに、メンブレン２２を覆うように、下地絶縁層３０を所定厚みでＣＶＤまたはスパッタリングなどの薄膜法により形成する。下地絶縁層３０としては、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などが例示される。
　次に、下地絶縁層３０の表面に、第１ゲージ層４０を所定パターンで形成する。第１ゲージ層４０は、圧力検知部（第１検知部４２）となる図３に示す抵抗体Ｒ１～Ｒ４と、第１配線層４４と、第１電極層４６ａ～４６ｄとを含んでいる。本実施形態では、抵抗体Ｒ１～Ｒ４と、第１配線層４４と、第１電極層４６ａ～４６ｄとは、Ｎｉ－Ｃｒ合金膜などで構成され、単一膜でも多層膜でもよいが、そのトータル厚みは１０μｍ以下である。
　第１ゲージ層４０は、たとえば蒸着またはスパッタリングなどの薄膜法により形成される。第１ゲージ層４０は、それぞれ、抵抗体Ｒ１～Ｒ４と、第１配線層４４と、第１電極層４６ａ～４６ｄと成るように、パターニングされる。パターニングのための方法としては、フォトリソグラフィが用いられる。具体的には、リフトオフ、ミリング、エッチングなどの手法が用いられる。
　次に、パターニングされた第１ゲージ層４０の上に、中間絶縁層５０が形成される。中間絶縁層５０は、所定厚みでＣＶＤまたはスパッタリングなどの薄膜法により形成される。中間絶縁層５０としては、下地絶縁層３０を構成する材質と同様な材質が用いられてよいが、必ずしも同一である必要はない。
　次に、中間絶縁層５０の上に、第２ゲージ層６０を所定パターンで形成する。第２ゲージ層６０は、圧力検知部（第２検知部６２）となる図４Ａに示す抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４と、第２配線層６４と、第２電極層６６ａ～６６ｄとを含んでいる。第２ゲージ層６０の材質および形成方法は、第１ゲージ層４０の材質および形成方法と同様であるが、必ずしも同一の材質および形成方法を採用する必要はない。
　中間絶縁層５０の上に、第２ゲージ層６０を所定パターンで形成する前、またはその後に、中間絶縁層５０は、第１ゲージ層４０に形成してある電極層４６ａ～４６ｄの少なくとも一部を露出させるなどのために、パターニングされる。パターニングのための方法としては、下地絶縁層３０と同様であるが、必ずしも同一である必要はない。
　図２Ａに示すように、第１ゲージ層４０の一部が露出した状態で、所定パターンの第２ゲージ層６０の上には、取出電極層７０が形成され、取出電極層７０は、第１ゲージ層４０の一部と第２ゲージ層６０の一部とを接続してもよく、あるいは、第１ゲージ層４０の一部にのみ形成されてもよい。
　取出電極層７０は、たとえばスパッタリングなどの薄膜法により形成してもよいが、ゲージ層４０，６０に比較して薄く成膜する必要はないので、メッキ法などにより形成してもよい。
　このようにして形成された積層型センサ本体１８の表面は、中間配線７２を除き、保護層で覆われていてもよい。保護層としては、たとえば薄膜法により形成される絶縁層であってもよいが、樹脂被膜などであってもよい。
　本実施形態に係る圧力センサ１０では、図２Ａに示すように、下地絶縁層３０、第１ゲージ層４０および中間絶縁層５０のそれぞれの厚みが、１０μｍ以下である。そのため、メンブレン２２の外面２２ｂからの第２ゲージ層６０の第２検知部６２までの距離（メンブレン２２の法線方向）を、３０μｍ以下にすることができる。また、メンブレン２２の外面２２ｂからの第１ゲージ層４２の第１検知部４２までの距離も１０μｍ以内であり、３０μｍ以下である。
　本発明者等の実験を示す図５によれば、メンブレン２２の表面（外面２２ｂ）から外側に向かって法線方向の距離が３０μｍ（０．０３ｍｍ）以下であれば、メンブレン２２の表面に形成される積層膜に作用する応力はほとんど変化しない。すなわち、図３に示す第１ゲージ層４０の第１検知部４２で検出される応力（歪み）と、図４Ａに示す第２ゲージ層６０の第２検知部６２で検出される応力（歪み）とは、ほとんど一致する。
　その結果、第１検知部４２および第２検知部６２で検出される検出信号の出力が略同等になる。そのため、たとえば図６に示す比較手段としてのコンパレータ８４では、第１検知部４２で検出された第１検出信号と、第２検知部６２で検出された第２検出信号とを比較してモニタリングすることができる。たとえばコンパレータ８４にて検出された入力信号の差異が所定値以上に大きい場合には、一方の検知部４２または６２の故障を容易に検出することが可能になり、検出精度の向上を図ることができる。
　さらに本実施形態の圧力センサ１０では、スパッタリングや蒸着などの薄膜形成法により、第１ゲージ層４０と中間絶縁層５０と第２ゲージ層６０とを容易に薄く形成することができるため、圧力センサ１０の小型化と低コスト化を図ることが容易になる。
　しかも本実施形態では、金属などの導電性材料で構成してあるメンブレン２２と第１ゲージ層４０との間には、厚みが１０μｍ以下の下地絶縁層３０が形成してある。下地絶縁層３０を形成することで、第１ゲージ層４０とメンブレン２２との絶縁性が確保され、第１ゲージ層４０の第１検出部４２での検出精度が向上する。
　さらに本実施形態では、図２Ａに示すように、好ましくは厚みが１０μｍ以下の取出電極層７０を形成することで、各ゲージ層４０，６０から個別に取り出すための配線の少なくとも一部を共用化することができ、取出配線７２を単純化することができる。
　また本実施形態では、図３に示す第１ゲージ層４０の第１検知部４２のパターン配置と、図４Ａに示す第２ゲージ層６０の第２検知部６２のパターン配置とが、メンブレン２２の法線方向から見て実質的に同一である。このように構成することで、メンブレン２２に加わる圧力による応力を、各抵抗体Ｒ１～Ｒ４またはＲ１１～Ｒ１４が、ほぼ同じ位置で検出することになり、検出信号の精度がさらに向上する。
　なお、上述した実施形態では、図３に示す第１ゲージ層４０の第１検知部４２のパターン配置（抵抗体Ｒ１～Ｒ４の配置）と、図４Ａに示す第２ゲージ層６０の第２検知部６２のパターン配置（抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４の配置）とは、メンブレン２２の法線方向から見て多少ずれて配置してある。
　しかしながら、本実施形態では、図３に示す第１ゲージ層４０の第１検知部４２のパターン配置と、第２ゲージ層６０の第２検知部６２の配置とをほぼ完全に一致させてもよい。すなわち、図３に示す第１ゲージ層４０の第１検知部４２のパターン配置と同じ配置で、第２ゲージ層の第２検知部を形成してもよい。ただし、その場合において、第１電極層４６ａ～４６ｄの配置パターンと、第２電極層６６ａ～６６ｄの配置パターンとは、位置ズレさせることが好ましい。各電極層４６ａ～４６ｄおよび６６ａ～６６ｄに、取出電極７０または中間配線７２を接続できるようにするためである。
　第２実施形態
　図２Ｂに示すように、本実施形態の圧力センサ１０ａでは、積層型センサ本体１８ａの構成および作用が、第１実施形態と異なるのみであり、その他の構成および作用は、第１実施形態と同様であり、共通する部分の説明は省略する。
　図２Ｂに示すように、本実施形態では、第２ゲージ層６０のパターンが第１実施形態とは異なり、第２ゲージ層６０の一部が、直接に第１ゲージ層４０の一部に接続してある。第２ゲージ層６０の一部が直接に第１ゲージ層４０の一部に接続してある部分の例としては、たとえば図６に示す第１ゲージ層４０の電極層４６ｂと、第２ゲージ層６０の電極層６６ｂとがグランドＧＮＤに接続する部分である。また、第２ゲージ層６０の一部が直接に第１ゲージ層４０の一部に接続してある部分の例としては、たとえば図６に示す第１ゲージ層４０の電極層４６ｄと、第２ゲージ層６０の電極層６６ｄとが電源線ＶＤＤに接続する部分である。
　本実施形態では、第１ゲージ層４０の電極層４６ｂと電極層４６ｄとには、直接に取出電極層７０または中間配線７２を接続する必要がなくなり、第２ゲージ層６０の電極層６６ｂと電極層６６ｄとに取出電極層７０または中間配線７２を接続すればよい。
　図３および図４Ａに示すその他の電極層４６ａ，４６ｃ，６６ａ，６６ｃは、図１に示す相互に別々の中間配線７２に接続されて、回路基板１６に具備された図６に示すコンパレータ８０，８２の入力端に接続される。
　第３実施形態
　図２Ｃに示すように、本実施形態の圧力センサ１０ｂでは、積層型センサ本体１８ｂの構成および作用が、第１実施形態と異なるのみであり、その他の構成および作用は、第１実施形態と同様であり、共通する部分の説明は省略する。
　図２Ｃに示すように、本実施形態では、第１ゲージ層４０と第２ゲージ層６０とが絶縁されるように、中間絶縁層５０のパターンまたは取出電極層７０のパターンが異なる。すなわち、本実施形態では、積層型センサ本体１８ｂの内部では、第１ゲージ層４０と第２ゲージ層６０とは、直接には接続されないと共に、取出電極層７０を介しても間接的にも接続されない。そのため、図３および図４Ａに示す電極層４６ａ～４６ｄおよび６６ａ～６６ｄのそれぞれに対して、図２Ｃに示す取出電極層７０を介して、またはそれを介することなく中間配線７２が接続される。
　第４実施形態
　図４Ｂに示すように、本実施形態の圧力センサ１０ｃでは、第２ゲージ層６０ａのパターン配置が、第１実施形態と異なるのみであり、その他の構成および作用は、第１～第３実施形態と同様であり、共通する部分の説明は省略する。
　図４Ｂに示すように、本実施形態では、第１ゲージ層４０の第１検知部４２のパターン配置と、第２ゲージ層６０ａの第２検知部６２のパターン配置とが、メンブレン２２（図１参照）の法線方向から見て回転方向に位置ずれしてある。本実施形態では、第２ゲージ層６０ａのパターン配置は、回転角度が所定角度（約９０度）で位置ズレしている以外は、第１ゲージ層４０のそれと同じパターン配置である。
　すなわち、図４Ｂにおいて、第２ゲージ層６０ａを反時計回りに所定角度（約９０度）で回転させれば、第１ゲージ層４０の電極層４６ａ～４６ｄは、第２ゲージ層６０の電極層６６ａ～６６ｄに重なり、第１ゲージ層４０の抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、第２ゲージ層６０の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４に重なる。また、配線層４４と配線層６４も重なる。なお、図４Ｂに示す例では、第１ゲージ層４０の第１検知部４２のパターン配置に対して、第２ゲージ層６０ａのパターン配置は、回転角度が約９０度で位置ズレしているが、約９０度に限定されない。位置ずれの回転角度は、たとえば０度から１８０度の範囲で自由に変化させることもできるが、大きく位置ズレさせる場合には、６０度～１２０度程度が好ましい。
　本実施形態では、第１ゲージ層４０の検知部４２からの検出信号を取り出すための電極層４６ａ～４６ｄの位置と、第２ゲージ層６０ａの検知部６２からの検出信号を取り出すための電極層６６ａ～６６ｄとの位置を回転方向にオフセットさせることができる。そのため、各電極層４６ａ～４６ｄおよび６６ａ～６６ｄからの配線が容易になる。
　第５実施形態
　図７に示すように、本実施形態の圧力センサは、図６に示すコンパレータ８２および８４を有さずに、切り替えスイッチ（切り替え手段）９０を有する以外は、第１～第４実施形態と同様であり、共通する部分の説明は省略する。
　図７に示すように、本実施形態では、第１検知部４２の抵抗体Ｒ１と抵抗体Ｒ２との間は、切り替えスイッチ９０の第１入力端９１に接続してあり、第１検知部４２の抵抗体Ｒ３と抵抗体Ｒ４との間は、切り替えスイッチ９０の第３入力端９３に接続してある。同様に、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１１と抵抗体Ｒ１２との間は、切り替えスイッチ９０の第２入力端９２に接続してあり、第２検知部６２の抵抗体Ｒ１３と抵抗体Ｒ１４との間は、切り替えスイッチ９０の第４入力端９４に接続してある。
　切り替えスイッチ９０では、第１出力端９５がコンパレータ８０の一方の入力端に接続してあり、第２出力端９６がコンパレータ８０の他方の入力端に接続してある。切り替えスイッチ９０は、第１入力端９１と第１出力端９５との接続と、第３入力端９３と第２出力端９６との接続とを同時に実現することができる。また、切り替えスイッチ９０は、たとえば図１に示す回路基板１６に内蔵してある制御回路により制御され、図７に示す状態から、第２入力端９２と第１出力端９５との接続と、第４入力端９４と第２出力端９６との接続とを同時に実現する状態へと切り替え可能になっている。さらに、切り替えスイッチ９０は、図１に示す回路基板１６に内蔵してある制御回路により制御され、その逆のスイッチの切り替えも行われることが可能になっている。
　本実施形態では、第１検知部４２で検出された第１検出信号と、第２検知部６２で検出された第２検出信号とを、切り替えスイッチ９０により切り替えて、コンパレータ８０に入力させることができる。このように構成することで、たとえば一方のゲージ層４０または６０の検知部４２または６２が故障した場合には、他方のゲージ層の検知部に切り替えることで、圧力センサの耐久性および冗長性が向上する。
　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
　たとえば、第２ゲージ層６０または６０ａの上には、別の中間絶縁層５０を介して、その他のゲージ層が積層されてもよい。このように構成することで、圧力センサの耐久性および冗長性がさらに向上する。その場合において、好ましくは、メンブレン２２の外面２２ｂからのその他のゲージ層の検知部までの距離は、５０μｍ以内であることが好ましい。
　図５に示すように、メンブレン表面からの距離（位置）が、５０μｍ（０．０５）以下であれば、検知部で検知される応力（ひずみ）は、第１検知部４２および第２検知部６２で検知される応力（ひずみ）と大差なく（１％以内の範囲内）、比較的に高精度で検出することができる。
　１０，１０ａ，１０ｂ…圧力センサ
１２…接続部材
　１２ａ…ねじ溝
　１２ｂ…流路
１４…抑え部材
１６…回路基板
１８，１８ａ，１８ｂ…積層型センサ本体
２０…ステム
２１…フランジ部
２２…メンブレン
　２２ａ…内面
　２２ｂ…外面
３０…下地絶縁層
４０…第１ゲージ層
　４２…第１検知部
　４４…第１配線層
　４６ａ～４６ｄ…第１電極層
５０…中間絶縁層
６０，６０ａ…第２ゲージ層
　６２…第２検知部
　６４…第２配線層
　６６ａ～６６ｄ…第２電極層
７０…取出電極層
７２…中間配線
８０，８２，８４…コンパレータ（比較手段）
９０…切り替えスイッチ（切り替え手段）
Ｒ１，Ｒ１１…第１抵抗体
Ｒ２，Ｒ１２…第２抵抗体
Ｒ３，Ｒ１３…第３抵抗体
Ｒ４，Ｒ１４…第４抵抗体

Claims (9)

  1. 　圧力に応じた変形を生じるメンブレンと、
    前記メンブレン上に形成される第１ゲージ層と、
    前記第１ゲージ層の上に形成される中間絶縁層と、
    前記中間絶縁層の上に形成される第２ゲージ層とを有する圧力センサであって、
    前記第１ゲージ層および前記第２ゲージ層は、それぞれ前記メンブレンの変形を検出する第１検知部および第２検知部を含み、
    前記メンブレンの表面からの前記第２検知部までの距離が３０μｍ以内である圧力センサ。
  2. 　前記第１ゲージ層と前記中間絶縁層と前記第２ゲージ層の各層の厚みが、それぞれ１０μｍ以下である請求項１に記載の圧力センサ。
  3. 　前記メンブレンが導電性であり、前記メンブレンと前記第１ゲージ層との間には、厚みが１０μｍ以下の下地絶縁層が形成してある請求項１または２に記載の圧力センサ。
  4. 　前記第１ゲージ層の一部と、前記第２ゲージ層の一部とを覆って接続する電極層が、前記メンブレンの上に形成してあり、前記電極層の厚みが１０μｍ以下である請求項１～３のいずれかに記載の圧力センサ。
  5. 　前記第１ゲージ層のパターン配置と、前記第２ゲージ層のパターン配置とが、前記メンブレンの法線方向から見て実質的に同一である請求項１～４のいずれかに記載の圧力センサ。
  6. 　前記第１ゲージ層のパターン配置と、前記第２ゲージ層のパターン配置とが、前記メンブレンの法線方向から見て回転方向に位置ずれにしている請求項１～４のいずれかに記載の圧力センサ。
  7. 　前記第１検知部で検出された第１検出信号と、前記第２検知部で検出された第２検出信号とを比較してモニタリングする比較手段をさらに有する請求項１～６のいずれかに記載の圧力センサ。
  8. 　前記第１検知部で検出された第１検出信号と、前記第２検知部で検出された第２検出信号とを切り替えて出力させる切り替え手段をさらに有する請求項１～７のいずれかに記載の圧力センサ。
  9. 　前記第２ゲージ層の上には、別の中間絶縁層を介して、その他のゲージ層が積層され、前記メンブレンの表面からの前記その他のゲージ層の検知部までの距離が５０μｍ以内である請求項１～８のいずれかに記載の圧力センサ。
PCT/JP2021/005556 2020-02-21 2021-02-15 圧力センサ WO2021166853A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180007836.2A CN114902028A (zh) 2020-02-21 2021-02-15 压力传感器
US17/790,988 US20230131075A1 (en) 2020-02-21 2021-02-15 Pressure sensor
EP21756421.0A EP4109065A4 (en) 2020-02-21 2021-02-15 PRESSURE SENSOR

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020027866A JP7164837B2 (ja) 2020-02-21 2020-02-21 圧力センサ
JP2020-027866 2020-02-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021166853A1 true WO2021166853A1 (ja) 2021-08-26

Family

ID=77391220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/005556 WO2021166853A1 (ja) 2020-02-21 2021-02-15 圧力センサ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230131075A1 (ja)
EP (1) EP4109065A4 (ja)
JP (1) JP7164837B2 (ja)
CN (1) CN114902028A (ja)
WO (1) WO2021166853A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4235131A1 (en) * 2022-02-25 2023-08-30 TDK Corporation Metal member with insulating film, physical quantity sensor, and pressure sensor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023119476A (ja) * 2022-02-16 2023-08-28 Tdk株式会社 膜電極構造および圧力センサ

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007516746A (ja) * 2003-12-11 2007-06-28 プロテウス バイオメディカル インコーポレイテッド 移植可能な圧力センサ
JP2018040726A (ja) 2016-09-08 2018-03-15 株式会社デンソー 圧力センサ

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002022579A (ja) * 2000-07-13 2002-01-23 Nippon Denshi Kogyo Kk 応力検知センサおよび応力測定装置
GB2369889B (en) 2001-07-13 2004-06-09 John David Barnett Strain sensing installation
DE102012208492A1 (de) * 2012-05-22 2013-11-28 Continental Teves Ag & Co. Ohg Dehnmessstreifenanordnung
JP6142618B2 (ja) 2013-03-28 2017-06-07 Tdk株式会社 赤外線センサ
JP6692698B2 (ja) * 2016-05-26 2020-05-13 ボッシュ株式会社 圧力センサ
JP6714439B2 (ja) * 2016-06-09 2020-06-24 長野計器株式会社 歪検出器及びその製造方法
JP6385553B1 (ja) 2017-12-13 2018-09-05 三菱電機株式会社 半導体圧力センサ
CN108801515A (zh) * 2018-05-30 2018-11-13 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种TiON薄膜压力传感器及其制备方法
JP7268333B2 (ja) * 2018-11-16 2023-05-08 Tdk株式会社 歪検出素子および力学量センサ
JP7088067B2 (ja) 2019-02-15 2022-06-21 Tdk株式会社 圧力センサ
JP7139998B2 (ja) 2019-02-25 2022-09-21 Tdk株式会社 圧力センサ
JP7164835B2 (ja) 2019-03-11 2022-11-02 Tdk株式会社 圧力センサ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007516746A (ja) * 2003-12-11 2007-06-28 プロテウス バイオメディカル インコーポレイテッド 移植可能な圧力センサ
JP2018040726A (ja) 2016-09-08 2018-03-15 株式会社デンソー 圧力センサ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4109065A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4235131A1 (en) * 2022-02-25 2023-08-30 TDK Corporation Metal member with insulating film, physical quantity sensor, and pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
EP4109065A1 (en) 2022-12-28
EP4109065A4 (en) 2024-03-20
CN114902028A (zh) 2022-08-12
JP7164837B2 (ja) 2022-11-02
JP2021131346A (ja) 2021-09-09
US20230131075A1 (en) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021166853A1 (ja) 圧力センサ
US7260994B2 (en) Low cost high-pressure sensor
US20110089505A1 (en) Method for manufacturing a sensor component without passivation, and a sensor component
US11448560B2 (en) Strain gauge and sensor module
JP7189293B2 (ja) 電池パック
JP2020034536A (ja) 電池パック
JP2815279B2 (ja) 圧力センサー
WO2020175155A1 (ja) 圧力センサ
WO2020013046A1 (ja) ひずみゲージ、センサモジュール、軸受機構
JP2024061842A (ja) 転がり軸受ホルダユニット
US9841356B2 (en) Combustion pressure sensor
JP7575162B2 (ja) ひずみゲージ
US20220381634A1 (en) Pressure sensor
WO2023053644A1 (ja) 膜付き金属ステムおよび圧力センサ
JP2023119476A (ja) 膜電極構造および圧力センサ
JP2021136409A (ja) 圧電アクチュエータ
WO2022050389A1 (ja) 圧力センサ
JP7568583B2 (ja) ひずみゲージ、ロードセル
RU2814458C1 (ru) Датчик давления
JP2023125776A (ja) 温度センサ、歪センサ、および圧力センサ
JPH0599773A (ja) 圧力センサ
JP2024142807A (ja) 電池ユニット
JP2022168396A (ja) 流体制御弁及び位置センサ
JP2024043315A (ja) 圧力センサ
CN116659558A (zh) 带绝缘膜的金属部件、物理量传感器和压力传感器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21756421

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021756421

Country of ref document: EP

Effective date: 20220921