特開 2024-34271 センサ部材および物理量センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024034271

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】センサ部材および物理量センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 9/04 20060101AFI20240306BHJP

【ＦＩ】

G01L9/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022138403

(22)【出願日】2022-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】小林 正典

(72)【発明者】

【氏名】海野 健

(72)【発明者】

【氏名】笹原 哲也

(72)【発明者】

【氏名】波多 徹雄

【テーマコード（参考）】

2F055

【Ｆターム（参考）】

2F055CC02

2F055DD01

2F055EE12

2F055FF38

2F055GG15

(57)【要約】

【課題】電極と保護膜との間の界面を介して水分などが侵入する問題を好適に防止し得るセンサ部材を提供する。
【解決手段】金属基材の一方の面に設けられ、検出部を有する被保護部と、第１の厚みを有する第１保護膜部分と、前記第１の厚みより厚い第２の厚みを有しており前記被保護部へ通じる開口の開口周縁に形成される第２保護膜部分とを有し、前記被保護部の少なくとも一部を上から覆う保護膜と、前記開口に配置されており前記被保護部に接続する第１電極部分と、前記第１電極部分に対して前記第１電極部分の外周縁で接続し、前記第２保護膜部分の上に形成される第２電極部分と、を有する電極部と、を有するセンサ部材。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属基材の一方の面に設けられ、検出部を有する被保護部と、
第１の厚みを有する第１保護膜部分と、前記第１の厚みより厚い第２の厚みを有しており前記被保護部へ通じる開口の開口周縁に形成される第２保護膜部分とを有し、前記被保護部の少なくとも一部を上から覆う保護膜と、
前記開口に配置されており前記被保護部に接続する第１電極部分と、前記第１電極部分に対して前記第１電極部分の外周縁で接続し、前記第２保護膜部分の上に形成される第２電極部分と、を有する電極部と、を有するセンサ部材。

【請求項2】

前記電極部において前記保護膜に向き合わない外側電極表面と前記保護膜において前記電極部に向き合わない外側保護膜表面とは、前記電極部と前記保護膜との界面の外周縁において段差を形成することなく接続する請求項１に記載のセンサ部材。

【請求項3】

上方から見て、前記電極部の外周縁でもある第２電極部分の外周縁は、前記第２保護膜部分の外周縁と一致する請求項１に記載のセンサ部材。

【請求項4】

前記保護膜は、前記第１保護膜部分との接続位置における前記第１の厚みから、前記第２保護膜部分との接続位置における前記第２の厚みまで遷移的に厚みが変化し、前記第１保護膜部分と前記第２保護膜部分とを接続する第３保護膜部分を有する請求項１に記載のセンサ部材。

【請求項5】

前記電極部は、Aｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄのいずれかを含む請求項１に記載のセンサ部材。

【請求項6】

前記保護膜は、酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかからなる請求項１に記載のセンサ部材。

【請求項7】

前記電極部と前記保護膜との界面には、密着層が形成されている請求項１に記載のセンサ部材。

【請求項8】

前記被保護部は、前記一方の面を上から覆う絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成されており前記検出部を構成する歪抵抗膜と、を有する請求項１に記載のセンサ部材。

【請求項9】

前記検出部は、前記金属基材に作用する圧力を検出する請求項１に記載のセンサ部材。

【請求項10】

請求項１～９のいずれかに記載のセンサ部材と、
前記検出部からの検出信号が伝えられる回路を有する回路基板と、を有する物理量センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物理量センサおよび物理量センサを構成するセンサ部材に関する。

【背景技術】

【0002】

圧力センサなどの物理量センサを構成するセンサ部材として、成膜工程などを経て金属基材上に形成されるものが知られている。このようなセンサ部材の中には、高温・高湿環境などの過酷環境においても、高い信頼性が求められるものが存在する。

【0003】

センサ部材の信頼性を向上させるための技術として、検出部を保護する保護膜を設ける技術が提案されている（特許文献１等参照）。しかしながら、検出部に対して電気的な接続を確保するための電極は、保護膜などで完全に覆うことができないため、電極と保護膜との間の界面を介して水分などが侵入する場合があり、信頼性向上における課題となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－２４９５２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、電極と保護膜との間の界面を介して水分などが侵入する問題を好適に防止し得るセンサ部材等を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るセンサ部材は、金属基材の一方の面に設けられ、検出部を有する被保護部と、
第１の厚みを有する第１保護膜部分と、前記第１の厚みより厚い第２の厚みを有しており前記被保護部へ通じる開口の開口周縁に形成される第２保護膜部分とを有し、前記被保護部の少なくとも一部を上から覆う保護膜と、
前記開口に配置されており前記被保護部に接続する第１電極部分と、前記第１電極部分に対して前記第１電極部分の外周縁で接続し、前記第２保護膜部分の上に形成される第２電極部分と、を有する電極部と、を有する。

【0007】

本発明に係るセンサ部材では、第２保護膜部分と第２電極部分との関係からも理解できるように、保護膜の上に電極部が形成されているので、保護膜に形成される開口の面積を、上方から見た電極部の露出面積より狭くできる。また、保護膜は、電極部が被保護部に接続するための開口の周りに、厚みの厚い第２保護膜部分を有している。このような構造を有するセンサ部材は、開口周辺に形成される保護膜と電極部との界面が被保護部を遮蔽する距離が長いため、界面を介して水分などが侵入する問題を好適に防止することができる。

【0008】

また、たとえば、前記電極部において前記保護膜に向き合わない外側電極表面と前記保護膜において前記電極部に向き合わない外側保護膜表面とは、前記電極部と前記保護膜との界面の外周縁において段差を形成することなく接続してもよい。

【0009】

外側電極表面と外側保護膜表面とが、界面の外周縁において段差を形成することなく接続していることにより、段差に溜まった水分が界面に侵入する問題を好適に防止し、信頼性を高めることができる。

【0010】

また、たとえば、上方から見て、前記電極部の外周縁でもある第２電極部分の外周縁は、前記第２保護膜部分の外周縁と一致してもよい。

【0011】

このようなセンサ部材では、電極部の外周縁に一致する位置で保護膜の厚みが薄くなるため、界面の外周縁に水分などが溜まりやすいくぼみなどが形成される問題を防止できる。

【0012】

また、たとえば、前記保護膜は、前記第１保護膜部分との接続位置における前記第１の厚みから、前記第２保護膜部分との接続位置における前記第２の厚みまで遷移的に厚みが変化し、前記第１保護膜部分と前記第２保護膜部分とを接続する第３保護膜部分を有してもよい。

【0013】

このようなセンサ部材では、保護膜の厚みがなだらかに変化するため、保護膜における応力集中によるクラックの発生をより好適に防止することができ、信頼性を高めることができる。

【0014】

また、たとえば、前記電極部は、Aｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄのいずれかを含んでいてもよい。

【0015】

このような電極部は、比較的柔らかく保護膜との密着性を高めることができる。また、このような電極部は化学的に安定であるため、センサ部材の信頼性向上に資する。

【0016】

また、前記保護膜は、酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかからなっていてもよい。

【0017】

このような保護膜は強度が高いため、特に開口周辺における構造的強度を向上させることができ、センサ部材の信頼性を向上させることができる。

【0018】

また、たとえば、前記電極部と前記保護膜との界面には、密着層が形成されていてもよい。

【0019】

このような密着層により、保護膜と電極部との間の密着強度が向上するため、界面を介して水分などが侵入する問題を、より好適に防止することができる。

【0020】

また、たとえば、前記被保護部は、前記一方の面を上から覆う絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成されており前記検出部を構成する歪抵抗膜と、を有してもよい。

【0021】

絶縁膜により、金属基材との絶縁性を確保しつつ、歪抵抗膜により検出部を構成し、このようなセンサ部材は、高温・高湿環境などの過酷な環境においても、金属基材の変形に伴う物理量を検出することができる。

【0022】

また、たとえば、前記検出部は、前記金属基材に作用する圧力を検出してもよい。

【0023】

このようなセンサ部材は、高温・高湿環境などの過酷な環境に長期間設置しても安定した検出を行うことができる信頼性の高い圧力センサを実現する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ部材を含む圧力センサの概略断面図である。

【図2】図２は、図１に示す圧力センサに含まれるセンサ部材を上方から見た平面図である。

【図3】図３は、図１に示すセンサ部材の部分断面図である。

【図4】図４は、変形例に係るセンサ部材の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

【0026】

図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ部材１８を用いる圧力センサ１０の概略断面図である。図１に示すように、圧力センサ１０は、中空筒状のステム２０を有する。ステム２０は、たとえば鋼材、アルミ合金、ステンレス、ニッケル合金などの金属で構成される。ステム２０は、中空筒の一端に配置される端壁を構成するメンブレン２２を有し、メンブレン２２は、圧力に応じた変形を生じる。後述するように、メンブレン２２は、センサ部材１８における検出部３３等が設けられる金属基材を構成する。センサ部材１８の金属基材としては、ステム２０の材質として上述した金属を用いることができるが、特に、オーステナイト系のＳＵＳ３０４、３１６や、析出硬化系のＳＵＳ６３０、６３１などが、高温での耐久性等の観点から好ましい。

【0027】

図１に示すように、ステム２０の他端は中空部の開放端となっており、ステム２０の中空部は、接続部材１２の流路１２ｂに連通してある。圧力センサ１０では、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の他方の面である内面２２ａに導かれ、流体圧がメンブレン２２に作用するようになっている。

【0028】

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る。フランジ部２１は、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２２ａへと至る流路１２ｂが密封されるようになっている。

【0029】

接続部材１２は、圧力センサ１０を固定するためのねじ溝１２ａを有する。圧力センサ１０は、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、ねじ溝１２ａを介して固定されている。これにより、接続部材１２の内部に形成されている流路１２ｂおよびステム２０におけるメンブレン２２の内面２２ａは、測定対象となる流体が内部に存在する圧力室に対して、気密に連通する。

【0030】

抑え部材１４の上面には、回路基板１６が取り付けてある。回路基板１６は、ステム２０の周囲を囲むリング状の形状を有しているが、回路基板１６の形状としてはこれに限定されない。回路基板１６には、たとえば、センサ部材１８からの検出信号が伝えられる回路などが内蔵してある。

【0031】

図１に示すように、ステム２０の端面には、センサ部材１８が形成されている。図２は、図１に示すステム２０の端面部分を、上方から見た平面図である。図２に示すように、センサ部材１８は、保護膜４０と、保護膜４０から露出する電極部５０とを有する。また、センサ部材１８は、保護膜４０によって外部環境から保護される被保護部３０を有する。被保護部３０は、保護膜４０および電極部５０より下方に配置される。後述するように、被保護部３０は、圧力を検出する検出部３３を有する。

【0032】

図１に示すように、電極部５０と回路基板１６とは、ワイヤボンディングなどによる中間配線７２により接続されている。なお、図２では、中間配線７２の図示は省略してある。

【0033】

図３は、図２に示す断面線III-IIIによるセンサ部材１８の断面図である。以下、主に図２および図３を用いて、センサ部材１８について説明を行う。

【0034】

図３に示すように、センサ部材１８において、検出部３３（図２参照）を有する被保護部３０は、金属基材としてのメンブレン２２における一方の面である外面２２ｂに設けられる。被保護部３０は、メンブレン２２と保護膜４０との間に配置され、メンブレン２２によって下方の流体などから遮蔽されるとともに、上方の保護膜４０によって、センサ部材１８が設けられる外部環境から保護される。

【0035】

図３に示すように、被保護部３０は、絶縁膜３８と、歪抵抗膜３２とを有する。絶縁膜３８は、金属基材としてのメンブレン２２の外面２２ｂを上から覆う。また、絶縁膜３８は、下方のメンブレン２２と、上方の歪抵抗膜３２との間に位置し、メンブレン２２と歪抵抗膜３２との間の電気的な絶縁性を確保する。

【0036】

図２には示されていないが、絶縁膜３８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る。絶縁膜３８は、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の絶縁性の膜で構成される。絶縁膜３８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。絶縁膜３８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。

【0037】

図３に示すように、歪抵抗膜３２は、絶縁膜３８の上に形成されており、図２に示す検出部３３を構成する。図２に示すように、歪抵抗膜３２には、第１抵抗体Ｒ１、第２抵抗体Ｒ２、第３抵抗体Ｒ３および第４抵抗体Ｒ４が、所定パターンで形成されている。第１～第４抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、メンブレン２２の変形に応じた歪を生じ、メンブレン２２の変形に応じて抵抗値が変化する。これらの第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、同じく歪抵抗膜３２に形成される電気配線３４により、検出部３３としての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。

【0038】

また、検出部３３が検出するメンブレン２２の変形量は、メンブレン２２に作用する流体の圧力により変化するため、検出部３３は、金属部材であるメンブレン２２に作用する流体の圧力である流体圧を検出することができる。すなわち、図２に示すセンサ部材１８の第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４は、図１および図２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設けられており、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、図１に示す圧力センサ１０は、回路基板１６を介して、センサ部材１８における検出部３３の出力を受け取ったり、センサ部材１８に対して給電部からの電力を供給したりすることができる。

【0039】

図２に示す第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４を有する歪抵抗膜３２は、たとえば、所定の材料の導電性の薄膜を、パターニングすることにより作製することができる。歪抵抗膜３２は、たとえばＣｒとＡｌとを含み、好ましくは、５０～９９ａｔ％のＣｒと、１～５０ａｔ％のＡｌとを含み、さらに好ましくは７０～９０ａｔ％のＣｒと、５～３０ａｔ％のＡｌとを含む。歪抵抗膜３２がＣｒとＡｌとを含むことにより、高温環境下におけるＴＣＲ（Temperature coefficient of Resistance、抵抗値温度係数）やＴＣＳ（Temperature coefficient of sensitivity、抵抗温度係数）が安定し、精度の高い圧力検出が可能となる。また、ＣｒとＡｌの含有量を所定の範囲とすることにより、高いゲージ率と良好な温度安定性を、より高いレベルで両立できる。

【0040】

歪抵抗膜３２は、ＣｒおよびＡｌ以外の元素を含んでいてもよく、たとえば、歪抵抗膜３２は、ОやＮを含んでいてもよい。歪抵抗膜３２に含まれるＯやＮは、歪抵抗膜３２を成膜する際に反応室から除去しきれずに残留したものが、歪抵抗膜３２に取り込まれたものであってもよい。また、歪抵抗膜３２に含まれるＯやＮは、成膜時またはアニール時に雰囲気ガスとして使用されるなどして、意図的に歪抵抗膜３２に導入されたものであってもよい。

【0041】

また、歪抵抗膜３２は、ＣｒおよびＡｌ以外の金属元素を含んでいてもよい。歪抵抗膜３２は、ＣｒおよびＡｌ以外の金属や非金属元素を微量に含み、アニールなどの熱処理が行われることにより、ゲージ率や温度特性が向上する場合がある。歪抵抗膜３２に含まれるＣｒおよびＡｌ以外の金属および非金属元素としては、たとえば、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｐ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｎおよび希土類元素が挙げられる。

【0042】

歪抵抗膜３２は、スパッタリングや蒸着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、たとえば薄膜をミアンダ形状にパターニングすることで形成することができる。歪抵抗膜３２の厚みは、特に限定されないが、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは０．１～１μｍである。なお、電気配線３４は、図３に示すように、歪抵抗膜３２をパターニングすることにより形成される。ただし、電気配線３４は、歪抵抗膜３２とは異なる導電性の膜または層によって形成することも可能である。

【0043】

図３に示すように、保護膜４０は、被保護部３０の上に形成されており、被保護部３０の少なくとも一部を上から覆う。図２および図３に示すように、保護膜４０には、電極部５０が形成される開口４８が形成されている。図２に示すように、保護膜４０は、開口４８が形成される部分を除き、被保護部３０の歪抵抗膜３２の上側表面の全体を覆うように形成されている。なお、図２では、保護膜４０の配置を説明するために、保護膜４０については斜線ハッチングを施し、保護膜４０の下の被保護部３０に形成される検出部３３等の形状を、保護膜４０を透視して点線で表示している。

【0044】

図３に示すように、保護膜４０は、第１の厚みＴ１を有する第１保護膜部分４２と、第１の厚みＴ１より厚い第２の厚みＴ２を有する第２保護膜部分４４とを有する。第２保護膜部分４４は、被保護部３０へ通じる開口４８の開口周縁４８ａに形成される。第１保護膜部分４２は、第２保護膜部分４４が形成される開口４８の開口周縁４８ａ以外の部分に形成される。すなわち、保護膜４０は、開口４８の周りの厚み（第２の厚みＴ２）が、開口４８から離れた他の部分の厚み（第１の厚みＴ１）より厚い。

【0045】

第２保護膜部分４４は、たとえば、開口４８の外縁から１０μｍ以内程度の領域に形成される。第１保護膜部分４２は、たとえば、開口４８の外縁から１０μｍ以上程度離れた領域に形成される。なお、第１の厚みＴ１および第２の厚みＴ２は、第１保護膜部分４２と第２保護膜部分４４の平均厚みであり、第１保護膜部分４２および第２保護膜部分４４の膜厚は、必ずしも一定であることを要しない。

【0046】

保護膜４０における第１保護膜部分４２の第１の厚みＴ１としては、たとえば１０～１０００ｎｍ、好ましくは１００～３００ｎｍ程度とすることができる。保護膜４０における第２保護膜部分４４の第２の厚みＴ２としては、たとえば、第１の厚みＴ１の１０１～３００％、好ましくは１０６～１５０％程度とすることができる。第２の厚みＴ２を第１の厚みT１に対して厚くすることにより、保護膜４０と電極部５０との界面６０が被保護部３０を遮蔽する距離を長くすることができるが、第２の厚みＴ２が厚すぎると、保護膜４０の形成に時間が掛かりすぎる問題がある。

【0047】

保護膜４０は、たとえば絶縁膜３８と同様に絶縁性の膜で構成される。保護膜４０を構成する絶縁性の膜としては、たとえば、酸化物、窒化物、酸窒化物などが挙げられ、これらの膜は、保護膜４０の強度を向上させる観点から好ましい。より具体的には、保護膜４０を構成する材料としては、たとえば、ＳｉО₂、ＳｉＯＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＯ₃、ＺｒＯ₂などが挙げられる。

【0048】

保護膜４０は、たとえばＣＶＤなどの蒸着法や、スパッタリングなどにより、被保護部３０の一部である歪抵抗膜３２の上に形成することができるが、保護膜４０の形成方法は特に限定されない。

【0049】

図２および図３に示すように、電極部５０は、保護膜４０の開口４８の中と、開口４８の開口周縁４８ａとに形成される。図２に示すように、センサ部材１８は、保護膜４０の開口４８に対応して、４か所に電極部５０が形成されている。ただし、センサ部材１８が有する電極部５０の数および配置については、図２に示す例のみには限定されない。

【0050】

図３に示すように、電極部５０は、開口４８に配置されており被保護部３０の歪抵抗膜３２に接続する第１電極部分５２と、第１電極部分５２に対して第１電極部分５２の外周縁５２ａで接続し第２保護膜部分４４の上に形成される第２電極部分５４とを有する。

【0051】

第１電極部分５２は、電極部５０のうち、上方からセンサ部材１８を見た際に、保護膜４０の開口周縁４８ａより内側に配置される部分である。第１電極部分５２の下側部分は、開口周縁４８ａの内側であって第２保護膜部分４４の上端より低い領域である開口４８の内部に配置されており、第１電極部分５２の下端は、歪抵抗膜３２に接触する。また、第１電極部分５２の上側部分は、第２保護膜部分４４の上端より高い領域に配置されており、第２電極部分５４に接続する。

【0052】

第２電極部分５４は、電極部５０のうち、上方からセンサ部材１８を見た際に、開口４８の外縁より外側に配置される部分である。図３に示すように、第２電極部分５４は、第２保護膜部分４４の上に設けており、開口４８に配置される第１電極部分５２に対して、内側で接続している。

【0053】

図３に示すように、電極部５０と保護膜４０（第２保護膜部分４４）との間の界面６０は、第１電極部分５２の外周縁５２ａと開口４８の内壁との間、および第２電極部分５４の下端面と第２保護膜部分４４の上端面との間に形成される。したがって、電極部５０と保護膜４０との間の界面６０は、被保護部３０に対向する内側縁６０ｂから、センサ部材１８の上表面の外周縁６０ａまで続いている。

【0054】

図３に示すように、電極部５０において保護膜４０に向き合わない外側電極表面５０ａと、保護膜４０において電極部５０に向き合わない外側保護膜表面４０ａとは、界面６０の外周縁６０ａにおいて段差を形成することなく接続する。界面６０の外周縁６０ａに段差が形成されておらず、外側電極表面５０ａと外側保護膜表面４０ａとが滑らかに接続していることにより、センサ部材１８では、界面６０の外周縁６０ａに水分等が溜まることを防止し、界面６０から被保護部３０に水分等が侵入することを、より好適に防止できる。

【0055】

図３に示すように、センサ部材１８では、上方から見て、電極部５０の外周縁でもある第２電極部分５４の外周縁５４ａは、第２保護膜部分４４の外周縁４４ａと一致する。このようなセンサ部材１８では、電極部５０の外周縁に一致する位置で、保護膜４０の厚みが薄くなるため、界面６０の外周縁６０ａに水分などが溜まりやすい窪みなどが形成される問題を防止できる。

【0056】

電極部５０は、金属等の導電性の膜などで構成されるが、電極部５０は、Aｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄのいずれかを含んでいてもよい。このような電極部５０は、比較的柔らかく保護膜４０との密着性を高めることができる。また、このような電極部５０は化学的に安定であるため、センサ部材１８の信頼性向上に資する。

【0057】

電極部５０の厚みは、たとえば５０～５００ｎｍとすることができ、１００～３００ｎｍとすることが好ましい。このような電極部５０は、たとえば、スパッタリングや蒸着法などの薄膜法により形成することができる。

【0058】

図３等に示すセンサ部材１８は、たとえば以下のような製造方法によって製造することができる。まず、金属基材としてのメンブレン２２の外面２２ｂに、所定の厚みで絶縁膜３８を形成する。次に、絶縁膜３８の上表面に、歪抵抗膜３２を形成する。歪抵抗膜３２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成膜される。図２に示す第１～第４抵抗体Ｒ１～Ｒ４および電気配線３４などを有する歪抵抗膜３２の形状は、フォトリソグラフィなどによりパターニングを行い形成する。

【0059】

次に、歪抵抗膜３２を上から覆うように、保護膜４０を形成する。保護膜４０には、図３に示すように歪抵抗膜３２の一部を露出させる開口４８が形成される。保護膜４０も、CVD、蒸着またはスパッタリングなどの薄膜法により成膜される。また、リフトオフやエッチングなどにより、開口４８を有する保護膜４０を形成することができる。

【0060】

さらに、歪抵抗膜３２および保護膜４０の上から、金属膜を薄膜法により成膜したのち、金属膜の外周縁形状を整えることにより電極部５０を形成する。なお、電極部５０の形成前または電極部５０の形成と併せて、開口周縁４８ａに、厚みの厚い第２保護膜部分４４を有する、図３に示すような保護膜４０の形状を形成する。このような工程を経て、センサ部材１８を得る。図２および図３に示すような第１保護膜部分４２、第２保護膜部分４４および電極部５０の形状は、たとえばリフトオフやエッチングなどにより形成することができる。

【0061】

図１～図３を用いて説明したように、センサ部材１８は、保護膜４０の上に電極部５０が形成されているので、保護膜４０に形成される開口４８の面積を、上方から見た電極部５０の露出面積より狭くできる。また、保護膜４０は、電極部５０が被保護部３０に接続するための開口４８の周りに、厚みの厚い第２保護膜部分４４を有している。このような構造を有するセンサ部材１８は、開口４８周辺に形成される保護膜４０と電極部５０との界面６０が被保護部３０を遮蔽する距離が長いため、界面６０を介して水分などが侵入する問題を好適に防止することができる。

【0062】

なお、図１～図３で説明したセンサ部材１８は、本発明の一実施形態にすぎず、本発明の技術的範囲には、他の実施形態や変形例が数多く含まれることは言うまでもない。たとえば、センサ部材１８の検出部３３は、金属基材としてのメンブレン２２に作用する圧力を検出するが、検出部３３としては圧力を検出するもののみには限定されず、歪や加速度、トルクや傾斜など、圧力以外の他の物理量を検出するものであってもよい。このようなセンサ部材を用いることにより、圧力センサ以外の他の物理量センサを構成することができる。

【0063】

また、電極部５０と保護膜４０との界面６０には、密着層が形成されていてもよい。密着層としては、たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏなどを含む膜が挙げられ、膜厚は、たとえば１～５０ｎｍ、好ましくは５～２０ｎｍ程度とすることができる。密着層を設けることにより、界面６０における電極部５０と保護膜４０との密着性を向上させ、界面６０からの水分などの侵入をより好適に防止できる。また、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏなどは、他の金属と合金を作りやすいため、膜間の密着強度を好適に高めることができる。

【0064】

図４は、変形例に係るセンサ部材１１８における電極部１５０周辺の断面図である。センサ部材１１８は、図３に示すセンサ部材１８に対して、保護膜１４０が第３保護膜部分１４６を有する点と、電極部１５０の外側電極表面１５０ａが傾斜を有する点で異なるが、その他の部分はセンサ部材１８と同様である。センサ部材１１８については、センサ部材１８との相違点を中心に説明を行い、センサ部材１８との共通点については説明を省略する。

【0065】

センサ部材１１８は、図１～図３に示すセンサ部材１８と同様のメンブレン２２と、検出部３３を有する被保護部３０とを有する。また、センサ部材１１８の保護膜１４０は、図３に示す保護膜４０と同様に、第１の厚みＴ１を有する第１保護膜部分１４２と、第２の厚みＴ２を有しており被保護部３０へ通じる開口４８の開口周縁４８ａに形成される第２保護膜部分１４４とを有する。図４に示す保護膜１４０は、図３に示す保護膜４０と同様に、開口４８が形成される部分を除いて歪抵抗膜３２の上側表面を覆う。

【0066】

図３に示すように、保護膜１４０は、第１保護膜部分１４２と第２保護膜部分１４４とを接続する第３保護膜部分１４６を有する。第３保護膜部分１４６は、第１保護膜部分１４２との第１接続位置１４６ａにおける第１の厚みＴ１から、第２保護膜部分１４４との第２接続位置１４６ｂにおける第２の厚みＴ２まで、遷移的に厚みが変化する。

【0067】

センサ部材１１８において、第２保護膜部分１４４は、被保護部３０へ通じる開口４８の開口周縁４８ａに形成される。第３保護膜部分１４６は、第２保護膜部分１４４の外周を囲むように形成されており、第１保護膜部分１４２は、第２保護膜部分１４４が形成される開口周縁４８ａとその周りの第３保護膜部分１４６が形成される部分以外の部分に形成される。

【0068】

センサ部材１１８の電極部１５０は、図３に示す電極部５０と同様に、開口４８に配置されており被保護部３０の歪抵抗膜３２に接続する第１電極部分５２と、第１電極部分５２に対して第１電極部分５２の外周縁で接続し第２保護膜部分１４４の上に形成される第２電極部分１５４とを有する。なお、電極部１５０の外周縁でもある第２電極部分１５４の外周縁は、第２保護膜部分１４４の外周縁と一致する。

【0069】

電極部１５０と保護膜１４０との間の界面１６０は、被保護部３０に対向する内側縁１６０ｂから、センサ部材１１８の上表面の外周縁１６０ａまで続いている。図４に示すように、電極部１５０において保護膜１４０に向き合わない面である外側電極表面１５０ａと、保護膜１４０において電極部１５０に向き合わない面である外側保護膜表面１４０ａとは、界面１６０の外周縁１６０ａにおいて、外周縁１６０ａの内部の界面１６０に平行な段差を形成することなく接続する。

【0070】

また、保護膜１４０の外側保護膜表面１４０ａは、界面１６０の外周縁１６０ａの近傍において、第３保護膜部分１４６により傾斜している。電極部１５０の外側電極表面１５０ａも、界面１６０の外周縁１６０ａの近傍において傾斜している。これにより、センサ部材１１８でも、センサ部材１８と同様に、外側電極表面１５０ａと外側保護膜表面１４０ａとが滑らかに接続する。界面１６０周辺における外側電極表面１５０ａと外側保護膜表面１４０ａとの傾斜の差は、特に限定されないが、たとえば０～４５度とすることが、界面１６０からの水分等の侵入を防ぐ観点から好ましい。

【0071】

図４に示すセンサ部材１１８は、保護膜１４０の厚みがなだらかに変化するため、保護膜１４０における応力集中によるクラックの発生を、より好適に防止することができ、信頼性を高めることができる。また、センサ部材１１８は、センサ部材１８との共通点については、センサ部材１８と同様の効果を奏する。

【符号の説明】

【0072】

１０…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、１１８…センサ部材
７２…中間配線
２０…ステム
２１…フランジ部
２２…メンブレン（金属基材）
２２ａ…内面
２２ｂ…外面
３０…被保護部
３２…歪抵抗膜
３３…検出部
Ｒ１…第１抵抗体
Ｒ２…第２抵抗体
Ｒ３…第３抵抗体
Ｒ４…第４抵抗体
３４…電気配線
３８…絶縁膜
４０、１４０…保護膜
４０ａ、１４０ａ…外側保護膜表面
４２、１４２…第１保護膜部分
Ｔ１…第１の厚み
４４、１４４…第２保護膜部分
Ｔ２…第２の厚み
４４ａ…外周縁
１４６…第３保護膜部分
１４６ａ…第１接続位置
１４６ｂ…第２接続位置
４８…開口
４８ａ…開口周縁
５０、１５０…電極部
５０ａ、１５０ａ…外側電極表面
５２…第１電極部分
５２ａ…外周縁
５４、１５４…第２電極部分
５４ａ…外周縁
６０、１６０…界面
６０ａ、１６０ａ…外周縁
６０ｂ、１６０ｂ…内側縁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】