JP2007093213A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は圧力検出素子としてSAWチップを利用した周波数変化型の圧力センサの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a frequency change type pressure sensor using a SAW chip as a pressure detection element.
弾性表面波素子(SAWチップ)は、水晶等の圧電基板上に櫛歯状の電極指から成るIDT(インターディジタルトランスジューサ)電極を配置した構成を備え、例えばIDT電極に高周波電界を印加することによって弾性表面波を励起し、弾性表面波を圧電作用によって高周波電界に変換することによってフィルタ特性を得るものである。
最近では、SAWチップを圧力検出素子として用いた周波数変化型の圧力センサが提案、実施されている(特許文献1〜3)。これは、圧力によって圧電基板が歪むことによりIDT電極間隔と弾性表面波の伝搬速度が夫々変化して共振周波数が変化する特性を利用して、共振周波数の変化を圧力変化として検知するようにしたものである。
この種の圧力センサは、微小な圧力変化を精度よく検出するのに適しているため、例えば自動車等の車両に装備されるタイヤの空気圧を検出して異常発生時に警告を発するタイヤ圧モニタリングシステムに適用することができる。この種の圧力センサは、ゴムタイヤ内に装備されて空気圧、及び空気圧変化を測定する。
図5(a)及び(b)は従来のSAWデバイスを利用した圧力センサの構成を示す正面断面図、及び外観斜視図であり、この圧力センサ100はガラス等の絶縁材料から成る基台101上にスペーサ102を介してSAWデバイス103を接合一体化した構成を備えている。SAWデバイス103は水晶等の圧電基板104上にIDT電極105と引出し電極106を形成した構成を備えている。SAWデバイス下面のIDT電極105と基台上面との間には気密空間(キャビティ)107が形成されている。
この圧力センサ100は図示しないケーシング内に収納されると共にケーシングに設けた受圧口を介してSAWデバイス103の表面に形成されたIDT電極105が外気に曝されるため、IDT電極105が早期に汚染され腐食し易くなる。従って、周波数の変動や発振強度の劣化等の特性の低下が著しくなる。
このような不具合に対処するために図6(a)(b)に示したように、IDT電極105を形成した面を基台101上面と対向させるようにSAWデバイス103を基台101に対してスペーサ102を介して固定したタイプも提案されている。この圧力センサにあっては、気密空間107内にIDT電極105を密封しているため、外気に曝されることがなくなり、耐久性を維持することができる。
しかし、上記何れのタイプにあっても圧電基板104の自由振動を保証するための気密空間107を形成するために、別基板としてのスペーサ102を用いる必要があるため、多層基板構造とならざるを得ず、コスト増をもたらす原因となっている。
Recently, a frequency change type pressure sensor using a SAW chip as a pressure detection element has been proposed and implemented (
This type of pressure sensor is suitable for detecting minute pressure changes with high accuracy. For example, this type of pressure sensor is used in a tire pressure monitoring system that detects the air pressure of a tire equipped in a vehicle such as an automobile and issues a warning when an abnormality occurs. Can be applied. This type of pressure sensor is installed in a rubber tire and measures air pressure and air pressure change.
5A and 5B are a front sectional view and a perspective view showing the configuration of a pressure sensor using a conventional SAW device. The
Since the
In order to cope with such a problem, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
However, in any of the above types, since it is necessary to use the
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、圧力検出素子としてSAWチップを利用すると共に、SAWチップと気密空間を介して接合一体化される基台を備えた圧力センサにおいて、コスト増の原因となる別部材であるスペーサを用いずにSAWチップと基台との間に気密空間を形成しつつ両者を接合一体化した圧力センサを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above, and in a pressure sensor using a SAW chip as a pressure detection element and having a base bonded and integrated with the SAW chip through an airtight space, the cause of cost increase It is an object of the present invention to provide a pressure sensor in which an airtight space is formed between a SAW chip and a base without using a spacer which is a separate member.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、圧電基板、及び該圧電基板の下面に形成したインターディジタルトランスジューサ電極を備えたSAWチップと、該SAWチップ下面のインターディジタルトランスジューサ電極との間に気密空間を介在させた状態で該SAWチップと接合一体化された基台と、該SAWチップのインターディジタルトランスジューサ電極と外部とを導通させる引出し電極と、を備えた周波数変化型の圧力センサにおいて、前記基台は、前記インターディジタルトランスジューサ電極と対向する上面に凹陥部を備えたダイヤフラム構造を有していることを特徴とする。
基台がIDT電極と対面する部分に凹陥部を形成して気密空間を確保できるようにしたので、格別のスペーサを用いずに圧力センサを構築できる。
請求項2の発明は、請求項1において、前記SAWチップは、前記圧電基板の上面であって前記インターディジタルトランスジューサ電極に対応する領域に凹所を有したダイヤフラム構造を有していることを特徴とする。
圧電基板を機械的強度に優れた厚肉板とする一方で、IDT電極を形成する薄肉部を確保するために圧電基板上面に凹所を形成しているので、所望の共振周波数を確保しつつ機械的強度を確保できる。
請求項3の発明は、請求項1、又は2において、前記引出し電極を前記SAWチップ上面に露出配置したことを特徴とする。
圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの上面に設ける場合の構成である。
請求項4の発明は、請求項1又は2において、前記引出し電極を前記基台下面に露出配置したことを特徴とする。
圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの底部に設ける場合の構成である。
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れか一項において、前記SAWチップを構成する圧電基板は、水晶から構成されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
Since the concave portion is formed in the portion where the base faces the IDT electrode so as to ensure the airtight space, the pressure sensor can be constructed without using any special spacer.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the SAW chip has a diaphragm structure having a recess in a region corresponding to the interdigital transducer electrode on the upper surface of the piezoelectric substrate. And
While the piezoelectric substrate is a thick plate having excellent mechanical strength, a recess is formed on the upper surface of the piezoelectric substrate in order to secure a thin portion for forming the IDT electrode, while ensuring a desired resonance frequency. Mechanical strength can be secured.
A third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect, the extraction electrode is exposed on the upper surface of the SAW chip.
In this configuration, a lead electrode is provided on the upper surface of the pressure sensor to ensure supply of current to the pressure sensor and output of a signal from the pressure sensor.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the extraction electrode is exposed on the bottom surface of the base.
In this configuration, a lead electrode for securing current supply to the pressure sensor and output of a signal from the pressure sensor is provided at the bottom of the pressure sensor.
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the piezoelectric substrate constituting the SAW chip is made of quartz.
以上のように本発明によれば、圧力検出素子としてSAWチップを利用すると共に、SAWチップと気密空間を介して基台を接合一体化した圧力センサにおいて、基台がIDT電極と対面する面に凹陥部を形成して気密空間を確保できるようにしたので、コスト増の原因となる別部材であるスペーサを用いずにSAWチップと基台との間に気密空間を形成しつつ両者を接合一体化した圧力センサを提供することができる。
また、圧電基板を機械的強度に優れた厚肉板とする一方で、IDT電極を形成する薄肉部を確保するために圧電基板上面に凹所を形成しているので、所望の共振周波数を確保しつつ機械的強度を確保できる。
As described above, according to the present invention, in the pressure sensor in which the SAW chip is used as the pressure detection element and the base is joined and integrated through the SAW chip and the airtight space, the base is on the surface facing the IDT electrode. Since an airtight space can be secured by forming a recessed portion, the airtight space is formed between the SAW chip and the base without using a spacer, which is another member that causes an increase in cost, and the two are joined and integrated. An integrated pressure sensor can be provided.
In addition, while making the piezoelectric substrate a thick plate with excellent mechanical strength, a recess is formed on the upper surface of the piezoelectric substrate in order to secure a thin portion for forming the IDT electrode, so a desired resonance frequency is secured. However, mechanical strength can be secured.
以下、本発明の圧力センサについて添付図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
図1(a)及び(b)は第1の実施形態に係る本発明の圧力センサの縦断面図、及び外観斜視図である。
この周波数変化型圧力センサ(以下、圧力センサ、という)1は、例えば自動車等の車両のタイヤ内の適所に図示しないトランスポンダーに組み付けられた状態で固定配置されて使用される。トランスポンダーは、アンテナコイルを備え、車両側のアンテナから出力された電磁波によってアンテナコイルに誘起される電流によって圧力センサを作動させ、測定された圧力情報を電磁波として車両側へ出力する。タイヤ内の空気圧は、圧力センサ1のSAWチップ面に加わり、真空に設定された気密空間S内の圧力を越えた圧力が加わった場合にIDT電極が形成されたSAWチップ部分を撓み変形させる。
この圧力センサ1は、基台2の上面中央に凹陥部3を形成することにより、スペーサを用いずに基台上面に直接弾性表面波素子(SAWチップ)10を接合一体化した構成が特徴的である。
即ち、基台2はセラミック、ガラス、水晶等の絶縁材料からなり、その上面中央部にエッチングにより形成した凹陥部3を有したダイヤフラム構造となっている。
圧力検出素子としてのSAWチップ10は、水晶基板等の圧電基板11と、圧電基板11の下面に形成したインターディジタルトランスジューサ電極(IDT電極)12(及び反射器)と、IDT電極12を外部と電気的に接続するための引出し電極13と、を備えている。この例では、圧電基板11下面側の引き出し電極13aは圧電基板に設けた貫通孔(スルーホール)を介して表面側に露出配置された引き出し電極13bと接続されている。この例は、圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの上部に設ける場合の構成例である。
基台2の凹陥部3は、SAWチップ10のIDT電極12を形成した領域と対応する領域に形成されているため、基台上面の平坦面4とSAWチップ下面とを接合することにより、IDT電極形成領域の直下に凹陥部3から成る気密空間Sが形成された状態となっている。
この圧力センサ1のSAWチップの上面に圧力が加わった場合に、気密空間S内部との圧力差に応じてSAWチップが撓み変形し、IDT電極の電極指間隔が変化することにより、共振周波数が変化する。
本発明では、IDT電極12を気密空間S内に密封することによりIDT電極の汚染や腐食を防いでいる。
Hereinafter, a pressure sensor of the present invention will be described based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
1A and 1B are a longitudinal sectional view and an external perspective view of a pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
The frequency change type pressure sensor (hereinafter referred to as a pressure sensor) 1 is used by being fixedly arranged in a state where it is assembled to a transponder (not shown) at an appropriate position in a tire of a vehicle such as an automobile. The transponder includes an antenna coil, operates a pressure sensor with a current induced in the antenna coil by electromagnetic waves output from the vehicle-side antenna, and outputs measured pressure information to the vehicle side as electromagnetic waves. The air pressure in the tire is applied to the SAW chip surface of the
This
That is, the
A
Since the
When pressure is applied to the upper surface of the SAW chip of the
In the present invention, the
次に、図2(a)(b)は図1の変形実施形態であり、圧電基板下面の引き出し電極13aを基台2に設けた貫通孔を介して基台下面側に露出配置された引き出し電極13bと接続している点が図1と異なっている。
圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの底部に設ける場合の構成例である。
次に、図3(a)及び(b)は本発明の第2の実施形態に係る圧力センサの縦断面図、及び外観斜視図である。
図1、図2の実施形態に係る圧力センサにおいては、感度を高めるために薄板から成る圧電基板11を用いたSAWチップ10を利用しているため、圧力センサの薄肉化を図ることができる一方で、基台2との接合部分における機械的強度が低下する虞がある。
本実施形態に係る圧力センサ1は、圧電基板11を十分な強度を有した厚肉板材によって構成すると共に、IDT電極12を形成する領域の上面に凹所20を形成してダイヤフラム構造とし、機械的強度を確保すると共に、凹所20の底部に位置する薄肉のIDT電極形成領域の感度を高く維持している。即ち、この圧電基板11はIDT電極12を形成した薄肉部の外周を厚肉部により一体的に保持した構造を有するため、機械的強度を改善することができる。
この例では、圧電基板11下面側の引き出し電極13aは圧電基板に設けた貫通孔(スルーホール)を介して表面側に露出された引き出し電極13bと接続されている。この例は、圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極13を圧力センサの上部に設ける場合の構成例である。
Next, FIGS. 2A and 2B are modified embodiments of FIG. 1, and a
This is a configuration example in the case where a lead electrode for securing current supply to the pressure sensor and output of a signal from the pressure sensor is provided at the bottom of the pressure sensor.
Next, FIGS. 3A and 3B are a longitudinal sectional view and an external perspective view of a pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.
In the pressure sensor according to the embodiment of FIG. 1 and FIG. 2, the
In the
In this example, the
次に、図4(a)(b)は図3の変形実施形態であり、圧電基板下面の引き出し電極13aを基台2に設けた貫通孔を介して基台下面側に引き出した点が図3と異なっている。
圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの底部に設ける場合の構成例である。
以上説明した本発明の圧力センサは車両のタイヤ内に装備されて空気圧変化を測定する空気圧センサとして説明したが、本発明はタイヤに限らず種々の空気圧(ガス圧)を測定する手段として利用することができる。
Next, FIGS. 4 (a) and 4 (b) are modified embodiments of FIG. 3, in which the
This is a configuration example in the case where a lead electrode for securing current supply to the pressure sensor and output of a signal from the pressure sensor is provided at the bottom of the pressure sensor.
The above-described pressure sensor of the present invention has been described as a pneumatic sensor that is mounted in a vehicle tire and measures a change in air pressure. However, the present invention is not limited to a tire but is used as a means for measuring various air pressures (gas pressures). be able to.
1…圧力センサ、2…基台、3…凹陥部、4…平坦面、10…SAWチップ、11…圧電基板、12…IDT電極、13、13a、13b…引き出し電極、20…凹所。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基台は、前記インターディジタルトランスジューサ電極と対向する上面に凹陥部を備えたダイヤフラム構造を有していることを特徴とする圧力センサ。 A SAW chip having a piezoelectric substrate and an interdigital transducer electrode formed on the lower surface of the piezoelectric substrate and an interdigital transducer electrode on the lower surface of the SAW chip are joined and integrated with the SAW chip with an airtight space interposed therebetween. In a frequency change type pressure sensor comprising: a base made into a base; and an extraction electrode for electrically connecting the interdigital transducer electrode of the SAW chip and the outside.
The pressure sensor according to claim 1, wherein the base has a diaphragm structure having a concave portion on an upper surface facing the interdigital transducer electrode.
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8305162B2 (en) | 2009-02-27 | 2012-11-06 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator and surface acoustic wave oscillator |
US8471434B2 (en) | 2010-08-26 | 2013-06-25 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave device, surface acoustic wave oscillator, and electronic apparatus |
US8692439B2 (en) | 2010-08-26 | 2014-04-08 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic device |
US8928432B2 (en) | 2010-08-26 | 2015-01-06 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic apparatus |
US8933612B2 (en) | 2009-02-27 | 2015-01-13 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic instrument |
US9048806B2 (en) | 2010-09-09 | 2015-06-02 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave device, electronic apparatus, and sensor apparatus |
US9088263B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-07-21 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic apparatus |
US9207137B2 (en) | 2013-12-18 | 2015-12-08 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object |
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2005
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Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9762207B2 (en) | 2009-02-27 | 2017-09-12 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic instrument |
US8502625B2 (en) | 2009-02-27 | 2013-08-06 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator and surface acoustic wave oscillator |
US8305162B2 (en) | 2009-02-27 | 2012-11-06 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator and surface acoustic wave oscillator |
US8933612B2 (en) | 2009-02-27 | 2015-01-13 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic instrument |
US8952596B2 (en) | 2009-02-27 | 2015-02-10 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic instrument |
US9088263B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-07-21 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic apparatus |
US9537464B2 (en) | 2010-06-17 | 2017-01-03 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic apparatus |
US8692439B2 (en) | 2010-08-26 | 2014-04-08 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic device |
US8928432B2 (en) | 2010-08-26 | 2015-01-06 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave oscillator, and electronic apparatus |
US8471434B2 (en) | 2010-08-26 | 2013-06-25 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave device, surface acoustic wave oscillator, and electronic apparatus |
US9048806B2 (en) | 2010-09-09 | 2015-06-02 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave device, electronic apparatus, and sensor apparatus |
US9207137B2 (en) | 2013-12-18 | 2015-12-08 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object |
US9541460B2 (en) | 2013-12-18 | 2017-01-10 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object |
US10545063B2 (en) | 2016-10-28 | 2020-01-28 | Seiko Epson Corporation | Force detection sensor having a base member with a force receiving surface and another surface with an interdigital electrode |
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