CN108075032B - 振动换能器 - Google Patents

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Abstract

一种振动换能器包括：硅衬底、形成在硅衬底上的第一氧化物膜、形成在第一氧化物膜上的活化层、形成在活化层上的第二氧化物膜、形成在第二氧化物膜上的多晶硅层、和衬底接触部。在活化层中形成振子、与振子电导通的振子电极、靠近振子的固定电极、和配置为环绕振子的真空室。多晶硅层形成壳体。衬底接触部被配置为将多晶硅层和硅衬底电导通，并形成为在活化层中的未形成活化层的振子、振子电极、和固定电极的区域内连续环绕真空室域内。

Description

振动换能器
技术领域
本发明涉及一种振动换能器(vibration transducer)，更具体地说，涉及一种用于防止气体渗透引起的故障的技术。
背景技术
振动换能器是被配置为通过检测形成在硅衬底上的振子的谐振频率的变化来测量所施加的物理量的装置。振动换能器作为诸如压力传感器、加速度传感器、角速度传感器、谐振器等的MEMS(微机电系统)装置，广泛用于发射机等。
在现有技术中，振动换能器形成为使得两端固定的长板状振子的平面表面侧与芯片状硅衬底平行，并且被配置为在硅衬底的上下方向上振动。专利文献1公开了一种振动换能器，其形成为使得振子的平面表面侧垂直于硅衬底并被配置为在硅衬底的水平方向上振动。因此，简化了成形工艺并且可以以低成本高精度地制造振动换能器。
图8A和图8B示出了专利文献1中公开的振动换能器300的主要部件的装配构造，其中图8A是剖面图，图8B是活化(activation)层部分的平面图。
如图8A和图8B所示，振动换能器300具有如下结构：其中对硅的活化层320进行处理以在SOI衬底上形成振子330、第一电极板341、和第二电极板342，SOI衬底具有插入在硅衬底310和表面硅层之间(活化层320之下)的BOX层氧化物膜311，额外堆叠绝缘氧化物膜360和上多晶硅层350并且由上多晶硅层350形成壳体351。
作为固定电极的第一电极板341和第二电极板342形成为将振子330夹在它们之间，并在振子330周围形成真空室370。此外，在振子330的端侧也形成电极，并且用作振子电极板331。
用于防止附着的不平坦部分380形成在振子330和第一电极板341之间以及振子330和第二电极板342之间的相对表面上。
在以上配置中，在振子电极板331和第二电极板342之间施加了偏置电压的状态下，当激励信号施加到第一电极板341时，振子330以谐振频率振动，并且振子330和第二电极板342之间的静电电容发生变化，使得电流从第二电极板342输出。该输出电流在使用运算放大器的电流-电压转换电路(未示出)处被转换为电压，并且通过输出传感器检测频率。此时，可改变待施加到每个电极板的电压和信号的组合、和电极板的数目。
当对振动换能器300的上部和下部施加不同的压力时，在振动换能器300中引起失真，并且振子330的谐振频率与失真的大小对应地发生变化。因此，可以基于检测到的频率的变化来获得所施加的各个压力之间的差。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2012-58127
专利文献2：JP-A-2014-515884
专利文献3：WO2014/050229
专利文献4：JP-A-2002-289687
在现有技术的振动换能器300中，BOX层氧化物膜311和绝缘氧化物膜360从振动换能器300的侧面到真空室370是相通的。氧化物膜的气体渗透率高于硅层和多晶硅层。当在振动换能器300周围存在诸如氢、氦等低分子气体时，气体可经由氧化物膜渗入真空室370。当气体渗入真空室370时，真空度降低，从而可能引起振子330的激励缺陷。
发明内容
示例性实施例提供了一种振动换能器，其可以防止由于气体渗入到真空室而引起的故障。
一种振动换能器包括：
硅衬底；
第一氧化物膜，其形成在所述硅衬底上；
活化层，其形成在所述第一氧化物膜上；
第二氧化物膜，其形成在所述活化层上；
多晶硅层，其形成在所述第二氧化物膜上；以及
衬底接触部，
其中，在所述活化层中形成振子、与所述振子电导通的振子电极、靠近所述振子的固定电极、和配置为环绕所述振子的真空室，
其中，所述多晶硅层形成壳体，并且
其中，所述衬底接触部被配置为：将所述多晶硅层和所述硅衬底电导通，并形成为在所述活化层的其中未形成所述活化层的所述振子、所述振子电极和所述固定电极的区域内连续地环绕所述真空室。
在所述活化层中可形成多个所述衬底接触部。
在所述多晶硅层侧可设置有配置为与所述振子电极电导通的焊盘、配置为与所述固定电极电导通的焊盘、和配置为与所述硅衬底电导通的衬底接触焊盘。
在所述振子电极与所述硅衬底之间、以及在所述固定电极与所述硅衬底之间可形成二极管。
所述二极管可通过所述活化层的其中未形成所述振子、所述振子电极、和所述固定电极的所述区域和形成在所述区域中的扩散部而形成，所述扩散部的导电类型不同于所述区域的导电类型。
所述二极管可通过所述各个电极和形成在每个电极中的扩散部形成，所述扩散部的导电类型不同于每个电极的导电类型。
用于温度传感器的二极管可与位于所述活化层的其中未形成所述振子、所述振子电极、和所述固定电极的所述区域中的所述二极管分开形成。
根据示例性实施例，可以防止振动换能器中的由于气体渗入到真空室中而引起的故障。
附图说明
图1A和图1B示出了本发明的振动换能器的基本结构。
图2示出了其中配置为环绕真空室的衬底接触部为三重的示例。
图3A和图3B示出了本发明的振动换能器的第一实施例。
图4示出了第一实施例的振动换能器在工作时的电路。
图5A和图5B示出了本发明的振动换能器的第二实施例。
图6示出了第二实施例的振动换能器在工作时的电路。
图7A和图7B示出了本发明的振动换能器的第三实施例。
图8A和图8B示出了专利文献1中公开的振动换能器的主要部件的装配构造。
具体实施方式
将参照附图描述本发明的实施例。图1A和图1B示出了本发明的振动换能器10的基本结构，其中图1A是示出活化(activation)层的平面图，图1B是沿着线A-B截取的剖面图。
如图1A和图1B所示，振动换能器10具有这样的结构，其中：处理硅的活化层150以在SOI衬底上形成振子100、第一电极板111、和第二电极板121，SOI衬底具有插入在硅衬底130和表面硅层(活化层150)之间的BOX层氧化物膜135；并且，额外堆叠绝缘氧化物膜152和上多晶硅层153。
形成作为固定电极的第一电极板111和第二电极板121，以将振子100夹在它们之间，并在振子100周围形成真空室。此外，在振子100的端侧也形成电极，并且用作振子电极板101。
在振动换能器10中，硅衬底130通过多晶硅或硅的衬底接触部131电连接到除电极板和振子之外的活化层150(称为“外围活化层151”)、和上多晶硅层153。
衬底接触部131形成为不间断地连续环绕真空室。真空室由多晶硅或硅的衬底接触部131环绕，使得氧化物膜的气体渗透路径被阻断。因此，可以防止由于真空室的真空度的退化而导致的振子100的激励缺陷。
由于对氧化物膜的气体渗透被认为是通过气体扩散进行的，所以按照气体渗透的振动换能器的寿命与要渗透的膜的厚度的平方成正比。当形成多重衬底接触部131时，也增大了阻断氧化物膜的气体渗透路径的硅或多晶硅的宽度，从而可以进一步延长振动换能器的寿命。图2示出了衬底接触部131为三重的示例；也就是说，形成了三个衬底接触部131、131、131。形成多重衬底接触部131(即，形成多个衬底接触部)的构造可应用于后述的任何实施例。
图3A和图3B示出了应用基本结构的本发明的振动换能器10的第一实施例，其中图3A是活化层的平面图，图3B是剖面图。在图3A中，省略了除振子和电极板之外的活化层。
在第一实施例中，处理硅的活化层150以在SOI衬底上形成振子100、第一电极板111和第二电极板121，SOI衬底具有插入在硅衬底130和表面硅层(活化层150)之间的BOX层氧化物膜135；额外堆叠绝缘氧化物膜152和上多晶硅层153，并且由上多晶硅层153形成壳体154。
作为固定电极的第一电极板111和第二电极板121形成为将振子100夹在它们之间，并且在振子周围形成真空室。此外，在振子100的端侧也形成电极，并用作为振子电极板101。在振子100和第一电极板111之间以及振子100和第二电极板121之间的相应的相对表面上可形成不平坦部分。此外，可以改变固定电极的数量。
在第一实施例中，硅衬底130、活化层150和上多晶硅层153中的全部均为P型。硅衬底130通过衬底接触部131电连接到除电极板和振子之外的活化层150(称为“外围活化层151”)、以及包括壳体154的上多晶硅层153。在这里，衬底接触部131形成为不间断地连续环绕真空室(图3B中仅示出一部分)。
与衬底接触部131电导通的上多晶硅层153与形成在振动换能器10的表面上的衬底接触焊盘132电导通。同时，可以通过部分地去除外围活化层151和其下方的BOX层氧化物膜135、并且用已经扩散了P型杂质的多晶硅再填充被去除的部分，形成衬底接触部131。
通过这种方式，由于电连接到硅衬底130的衬底接触焊盘132形成在振动换能器10的表面(上多晶硅层153侧)上，所以可以与其他电极板类似地将电势从所述表面施加到硅衬底130。因此，可以省去经由用于将振动换能器10的芯片固定在其上的基座从背面(硅衬底130侧)施加电势或诸如此类的麻烦，并可简化结构。
当将电势从衬底接触焊盘132施加到硅衬底130时，同时也可以将相同的电势施加到外围活化层151和上多晶硅层153。在第一实施例中，因为衬底接触焊盘132接地，因此外围活化层151和上多晶硅层153也接地。
同时，当硅衬底130在电学上不固定时，每个电极和硅衬底130电容地连接，使得振动换能器10可能不会获得足够的输出。因此，硅衬底130需要为电接触。在第一实施例中，如上所述，由于设置了衬底接触焊盘132，因此可以与其他电极板类似地将电势从所述表面施加到硅衬底130。这也适用于后述的其他实施例。
在第一实施例中，P型外围活化层151形成为具有N型扩散以构造保护二极管，并且形成为与振子电极板101、第一电极板111和第二电极板121连接。例如，可以通过使用氧化物膜作为掩模执行杂质扩散来形成N型扩散。
在这里，说明构造保护二极管的原因。也就是说，在图8A和图8B所示的现有技术的振动换能器中，由于不平坦部分380形成在振子330和第一电极板341之间以及振子330和第二电极板342之间的相应的相对表面上，可以防止正常使用时的相互附着。
然而，当静电放电(ESD)等施加到电极板、硅衬底310等，并且导致了大放电电流流动时，通过不平坦部分380不可能完全防止该电流，并且振子330可能与周围的部件(例如，第一电极板341、第二电极板342、硅衬底310和壳体351)接触并熔化。
因此，在本实施例中，即使当静电放电(ESD)被施加到振子电极板101、第一电极板111、和第二电极板121中的任何一个时，也可以通过经由保护二极管将电荷释放到地来防止振子100与周围部件接触并熔化。
保护二极管形成在电极板外部的外围活化层151中，并通过电极焊盘与电极板电导通。具体而言，如图3B所示，第二电极板121经由第二电极板焊盘122与形成在外围活化层151中的保护二极管扩散部123电导通。这也适用于振子电极板101和第一电极板111。
由于外围活化层151通过衬底接触部131电连接到硅衬底130，因此振子电极板101、第一电极板111、和第二电极板121中的每一个都二极管式地连接到硅衬底130。在第一实施例中，振子电极板101、第一电极板111、和第二电极板121成为阴极侧。
此外，在第一实施例中，P型活化层的独立于电极板和外围活化层151的一部分形成为具有N型温度传感器扩散部143，从而构造温度传感器二极管140。在这里，该二极管的电特性高度地依赖于温度，并且在恒定电流的条件下，正向电压随着温度升高基本线性地减小。因此，可以通过形成与N型温度传感器扩散部143电导通的电极焊盘和在独立于外围活化层151的P型活化层的一部分中的电极焊盘并且测量恒定电流下的正向电压，来使二极管140用作温度传感器。
通常，当安装振动换能器10时，需要制备用于温度补偿的温度传感器。然而，在第一实施例中，因为可以通过与保护二极管的相同的工艺容易地将振动换能器10中的温度传感器二极管140配置为连接到电极板，因此可以将用于温度补偿的温度传感器与振子100布置在同一芯片中，而不需要将其制备为单独的芯片。
同时，振子100、每个电极焊盘、每个保护二极管、以及温度传感器二极管140的形状、尺寸、和布置不限于所示示例。例如，将要塑性变形的铝的每个电极焊盘优选在安装时与振子100隔开布置，以避免输出漂移。在这种情况下，保护二极管和温度传感器二极管140也布置为与振子100隔开。
图4示出了第一实施例的振动换能器10在工作时的电路。如图4所示，在振子电极板101和第二电极板121之间施加了偏置电压的状态下，当激励信号施加到第一电极板111时，振子100以谐振频率振动，并且振子100和第二电极板121之间的静电电容发生变化，使得电流从第二电极板121输出。该输出电流在使用运算放大器的电流-电压转换电路处被转换为电压，并且通过输出传感器检测频率。同时，在工作时的电路不限于所示示例。
当对振动换能器10的上部和下部施加不同的压力时，在振动换能器10中引起失真，并且振子100的谐振频率与失真的大小对应地发生变化。因此，可以基于检测到的频率的变化来获得所施加的各个压力之间的差值。
每个保护二极管的阳极侧与接地的硅衬底130电导通，所述保护二极管具有与振子电极板101、第一电极板111、和第二电极板121电导通的阴极侧。此外，上多晶硅层153和外围活化层151中的全部均具有与硅衬底130相同的电势。
在以上构造中，即使当静电放电(ESD)被施加到振子电极板101、第一电极板111、和第二电极板121中的任何一个时，也可以经由保护二极管将电荷释放到地。具体而言，当低电压被施加到电极侧时，保护二极管导通，使得电荷被释放到地，并且当高电压被施加到电极侧时，保护二极管被击穿，使得电荷可被释放到地。
因此，可以防止振子100与第一电极板111以及第二电极板121由于由静电放电等造成的放电电流而接触并熔化。同时，在正常使用中将要施加到每个电极板的电压范围内，由于任何保护二极管都不进行电导通，所以不影响测量。
此外，即使当静电放电(ESD)被施加到上多晶硅层153、外围活化层151、和硅衬底130中的任何一个时，由于它们接地，因而不受影响。
在第一实施例中，由于硅衬底130、上多晶硅层153、和外围活化层151经由衬底接触部131在芯片中电导通，因此与通过用于固定的底座从背面进行连接的情况相比可以减小电阻。如果电阻较高，则当静电放电(ESD)被施加到任何一个部件时，会产生电势差，并且由于放电电流而导致振子100与硅衬底130以及壳体154接触并熔化的风险增加。从这一点来看，第一实施例的构造具有优势。
随后，参照图5A和图5B描述本发明的振动换能器10的第二实施例。在下文中，主要描述与第一实施例的不同之处。
在第二实施例中，与第一实施例相同，硅衬底130和活化层150为P型。然而，上多晶硅层153为N型。硅衬底130通过衬底接触部131与外围活化层151电导通。在第二实施例中，部分地去除活化层和具有薄活化层的SOI衬底上的BOX层氧化物膜135，并且通过外延生长将活化层150调节为具有期望的厚度。被部分去除的位置变为衬底接触部131，使得硅衬底130与外围活化层151电导通。
在所示的示例中，形成为不间断地连续环绕真空室的衬底接触部137与衬底接触部131分开形成。然而，衬底接触部131可以形成为不间断地连续环绕真空室，且与上多晶硅层153接触(在图5B中，省略了衬底接触部137)。
通过形成在振动换能器10的表面上的衬底接触焊盘132,包括壳体154的上多晶硅层153与硅衬底130电导通。因此，同样在第二实施例中，也可以将电势从表面施加到硅衬底130，同时也可以将同样的电势从所述表面施加到外围活化层151和上多晶硅层153。
在第二实施例中，每个P型电极板(振子电极板101、第一电极板111、和第二电极板121)都形成为具有N型扩散，以构造保护二极管的阴极，并使所述阴极与上多晶硅层153接触和电导通。此时，每个电极板的活化层150成为阳极。
具体而言，如图5B所示，第二电极板121形成为具有保护二极管扩散部123，以构造阴极，并使阴极与上多晶硅层153电导通。振子电极板101和第一电极板111也同样如此。上多晶硅层153经由衬底接触焊盘132与外围活化层151电导通，并经由衬底接触部131与硅衬底130电导通。
通过在P型活化层的独立于P型外围活化层151的一部分中形成N型温度传感器扩散部143、并且由其杂质浓度已经提高的上多晶硅层153形成用于温度传感器的电极焊盘，来构造温度传感器二极管140。因此，第二实施例的振动换能器10在工作时的电路如图6所示，尽管保护二极管的极性相反，但其操作与第一实施例基本相同。
在制造过程中，每个P型电极板的形成有N型扩散部的部分均与上多晶硅层153直接接触，并且在将杂质扩散到上多晶硅层153中的同时，可以进行各电极板的N型扩散。
在第二实施例的构造中，即使当静电放电(ESD)被施加到振子电极板101、第一电极板111、和第二电极板121中的任何一个时，也可以经由保护二极管将电荷释放到地。具体而言，当高电压被施加到电极侧时，保护二极管变为导通，使得电荷被释放到地，并且当低电压被施加到电极侧时，保护二极管被击穿，使得电荷可被释放到地。
因此，可以防止振子100与第一电极板111以及第二电极板121由于由静电放电等造成的放电电流而接触并熔化。同时，在正常使用中将要施加到每个电极板的电压范围内，由于任何保护二极管都不进行电导通，所以不影响测量。
此外，即使当静电放电(ESD)被施加到上多晶硅层153、外围活化层151、和硅衬底130中的任何一个时，由于它们接地，因而不受影响。其他优点与第一实施例相同。
随后，参照图7A和图7B描述本发明的振动换能器10的第三实施例。在下文中，主要描述与第一实施例和第二实施例的不同之处。
在第三实施例中，硅衬底130为N型，活化层150为P型，并且上多晶硅层153是N型。硅衬底130通过衬底接触部131与形成在外围活化层151的表面上的衬底接触焊盘132电导通，通过去除外围活化层151和BOX层氧化物膜135的部分、并且用n型多晶硅再填充被去除部分来形成衬底接触部131。
在所示的示例中，形成为不间断地连续环绕真空室的衬底接触部137与衬底接触部131分开形成。然而，衬底接触部131可以形成为不间断地连续环绕真空室并且与上多晶硅层153接触(在图7B中，省略了衬底接触部137)。
此外，硅衬底130经由上层接触部156与上多晶硅层153电导通，通过去除构造电极板的活化层150和BOX层氧化物膜135的部分、并且用n型多晶硅再填充被去除部分来形成上层接触部156。
因此，同样在第三实施例中，也可以将电势从所述表面施加到硅衬底130，同时也可以将同样的电势从所述表面施加到外围活化层151以及上多晶硅层153。
在第三实施例中，通过将N型杂质从在形成上层接触部156时再次填充的N型多晶硅扩散到形成电极板的周围活化层150中，来形成保护二极管的阴极，并且所述阴极经由上层接触部156而与上多晶硅层153电导通。此时，每个电极的活化层150变为阳极。由于在活化层150的单晶部分中形成N型扩散部，所以获得了良好的二极管。
具体而言，如图7B所示，第二电极板121形成为具有保护二极管扩散部123以构造阴极，并且所述阴极与上多晶硅层153电导通。振子电极板101和第一电极板111也同样如此。上多晶硅层153经由上层接触部156与硅衬底130电导通，并经由衬底接触部131与外围活化层151电导通。
通过在P型活化层的独立于外围活化层151的一部分处去除活化层和BOX层氧化物膜135的部分、并通过用N型多晶硅填充被去除部分，将温度传感器二极管140形成为具有温度传感器接触部146，并且通过将N型杂质扩散到周围的外围活化层151中，将温度传感器二极管140形成为具有温度传感器扩散部143。因此，第三实施例的振动换能器10在工作时的电路等同于图6所示的第二实施例的电路中的温度传感器二极管140的阴极连接到硅衬底130的构造。
类似于第二实施例，在第三实施例中，即使当静电放电(ESD)被施加到振子电极板101、第一电极板111、和第二电极板121中的任何一个时，也可以经由保护二极管将电荷释放到地。具体而言，当高电压被施加到电极侧时，保护二极管变为导通，使得电荷被释放到地，并且当低电压被施加到电极侧时，保护二极管被击穿，使得电荷可被释放到地。
因此，可以防止振子100与第一电极板111以及第二电极板121由于由静电放电等造成的放电电流而接触并熔化。同时，在正常使用中将要施加到每个电极板的电压范围内，由于任何保护二极管都不进行电导通，所以不影响测量。
此外，即使当静电放电(ESD)被施加到上多晶硅层153、外围活化层151、和硅衬底130中的任何一个时，由于它们接地，因而不受影响。其他优点与第一实施例相同。

Claims (9)

1.一种振动换能器，包括：
硅衬底；
第一氧化物膜，其形成在所述硅衬底上；
活化层，其形成在所述第一氧化物膜上；
第二氧化物膜，其形成在所述活化层上；
多晶硅层，其形成在所述第二氧化物膜上；以及
衬底接触部，
其中，在所述活化层中形成振子、与所述振子电导通的振子电极、靠近所述振子的固定电极、和配置为环绕所述振子的真空室，
其中，所述多晶硅层形成壳体，并且
其中，所述衬底接触部被配置为：将所述多晶硅层和所述硅衬底电导通，并且形成为在所述活化层的其中未形成所述活化层的所述振子、所述振子电极和所述固定电极的区域内连续地环绕所述真空室。
2.根据权利要求1所述的振动换能器，其中在所述活化层中形成多个所述衬底接触部。
3.根据权利要求1或2所述的振动换能器，其中在所述多晶硅层侧设置有配置为与所述振子电极电导通的焊盘、配置为与所述固定电极电导通的焊盘、和配置为与所述硅衬底电导通的衬底接触焊盘。
4.根据权利要求1或2所述的振动换能器，其中在所述振子电极与所述硅衬底之间、以及在所述固定电极与所述硅衬底之间形成有二极管。
5.根据权利要求4所述的振动换能器，其中通过所述活化层的其中未形成所述活化层的所述振子、所述振子电极和所述固定电极的所述区域和形成在所述区域中的扩散部来形成所述二极管，所述扩散部的导电类型不同于所述区域的导电类型。
6.根据权利要求4所述的振动换能器，其中通过各个电极和形成在每个电极中的扩散部来形成所述二极管，所述扩散部的导电类型不同于每个电极的导电类型。
7.根据权利要求4所述的振动换能器，其中用于温度传感器的二极管与位于所述活化层的其中未形成所述活化层的所述振子、所述振子电极和所述固定电极的所述区域中的二极管分开形成。
8.根据权利要求1所述的振动换能器，其中所述衬底接触部形成为连续地环绕所述活化层的所述振子、所述振子电极、所述固定电极和所述真空室。
9.根据权利要求1所述的振动换能器，其中所述固定电极包括：
第一电极板；和
第二电极板，并且
其中，所述第一电极板和所述第二电极板形成为将所述振子夹在所述第一电极板和所述第二电极板之间。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023218690A1 (ja) * 2022-05-12 2023-11-16 株式会社村田製作所 Ｍｅｍｓ素子および圧電音響デバイス

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012058127A (ja) * 2010-09-10 2012-03-22 Yokogawa Electric Corp 振動式トランスデューサとその製造方法
CN102439844A (zh) * 2010-08-06 2012-05-02 松下电器产业株式会社 振荡器
JP2012173164A (ja) * 2011-02-22 2012-09-10 Yokogawa Electric Corp 振動式トランスデューサとその製造方法
CN102671851A (zh) * 2011-03-18 2012-09-19 横河电机株式会社 振动换能器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002289687A (ja) 2001-03-27 2002-10-04 Sony Corp 半導体装置、及び、半導体装置における配線形成方法
JP2012189537A (ja) * 2011-03-14 2012-10-04 Murata Mfg Co Ltd ガスセンサ
US8647930B2 (en) 2011-04-14 2014-02-11 Robert Bosch Gmbh Wafer with recessed plug
JP5907342B2 (ja) * 2012-05-28 2016-04-26 横河電機株式会社 振動式トランスデューサおよび振動式トランスデューサの製造方法
US9726563B2 (en) 2012-09-25 2017-08-08 The University Of Tokyo Device member including cavity and method of producing the device member including cavity
JP5688690B2 (ja) * 2013-01-11 2015-03-25 横河電機株式会社 振動式トランスデューサおよび振動式トランスデューサの製造方法
JP5835285B2 (ja) * 2013-07-24 2015-12-24 横河電機株式会社 振動式トランスデューサおよびその製造方法
JP5807664B2 (ja) * 2013-08-07 2015-11-10 横河電機株式会社 振動式トランスデューサおよびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102439844A (zh) * 2010-08-06 2012-05-02 松下电器产业株式会社 振荡器
JP2012058127A (ja) * 2010-09-10 2012-03-22 Yokogawa Electric Corp 振動式トランスデューサとその製造方法
JP2012173164A (ja) * 2011-02-22 2012-09-10 Yokogawa Electric Corp 振動式トランスデューサとその製造方法
CN102671851A (zh) * 2011-03-18 2012-09-19 横河电机株式会社 振动换能器

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