DE112004002281T5 - Drucksensorvorrichtung - Google Patents

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    • 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
    • G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
    • G01L9/0025—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element with acoustic surface waves

Abstract

Drucksensorvorrichtung aufweisend:
ein Trägersubstrat;
ein Sensorsubstrat mit einer unteren Oberfläche, auf der ein Sensorteil zur Druckerkennung ausgebildet ist; und
ein Dichtelement, das mit einer oberen Oberfläche des Trägersubstrats und mit der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats verbunden ist und einen abgedichteten Raum bildet, um das Sensorteil zwischen den Substraten einzuschließen.

Description

  • <Technisches Gebiet>
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drucksensorvorrichtung, die für eine Überwachung eines Luftdrucks in einem Reifen vorgesehen ist und die Druckschwankungen eines Gases oder einer Flüssigkeit erkennt und elektrische Signale überträgt. Der Teilbereich, der ein Element zur Erkennung von Druckschwankungen aufweist, wird in dieser Beschreibung im Nachhinein als „Sensorteil" bezeichnet.
  • <Stand der Technik>
  • Üblicherweise wurde als eine Drucksensorvorrichtung zur Erkennung von Druckschwankungen eines Gases oder einer Flüssigkeit ein Typ verwendet, der Schwankungen eines aufgebrachten Drucks als Änderungen einer Oszillationsfrequenz von einem Sensorteil erkennt.
  • Als eine solche bekannte Drucksensorvorrichtung, wie in 40 und 41 gezeigt, ist eine bekannt, die so strukturiert ist, dass ein oberflächenakustisches Wellenelement 104 und ein oberflächenakustisches Wellenelement 107, die von kammförmigen Elektroden gebildet sind, die als Elemente auf einem Sensorteil auf einem piezoelektrischen Substrat 101 gebildet sind, und wobei eine Region von dem oberflächenakustischen Wellenelement 104 dünner gemacht ist, als die Region von dem oberflächenakustischen Wellenelement 107 (siehe z.B. die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. 61-82130).
  • Bei der oben beschriebenen Drucksensorvorrichtung ändert sich die Oberflächenbelastung des piezoelektrischen Substrats 101, wenn das in der ausgedünnten Region geformte oberflächenakustische Wellenelement 104 einem Druck ausgesetzt wird, und die akustische Geschwindigkeit der Oberflächenakustikwelle ändert sich, und die Intervalle der Elektroden des oberflächenakustischen Wellenelements 104 ändern sich auch. Damit ändert sich die Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements 104 und auf der Grundlage dieser Änderung der Resonanzfrequenz kann der Druck erkannt werden.
  • Die Drucksensorvorrichtung hat auch die Funktion, die Temperatur in Bezug auf eine Änderung der Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 107 zu kompensieren, das auf demselben piezoelektrischen Substrat gebildet ist.
  • Jedoch ist es bei der zuvor beschriebenen bekannten Drucksensorvorrichtung so, dass das oberflächenakustische Wellenelement 104, das auf dem Sensorsubstrat 101 gebildet ist, der Oberfläche des Sensorsubstrats 101 ausgesetzt ist, und kein Element vorhanden ist, dies zu schützen, so dass, wenn diese Drucksensorvorrichtung in einer Art verwendet wird, bei der Druck auf das Sensorsubstrat 101 ausgeübt wird, das oberflächenakustische Wellenelement 104 der Luft mit Feuchte ausgesetzt ist. Dies führt zu Oxidationskorrosion und Verschlechterung des oberflächenakustischen Wellenelements 104, welches aus Aluminium oder Ähnlichem gemacht ist. In einem solchen Fall kann es unmöglich werden, die Drucksensorvorrichtung normal zu betreiten.
  • Zudem ist es bei der zuvor beschriebenen Drucksensorvorrichtung so, dass eine weitere Möglichkeit besteht, dass sich fremde Teilchen an der Oberfläche des oberflächenakustischen Wellenelements 104 anlagern, das während der Benutzung der Luft ausgesetzt ist. In diesem Fall werden die Elektrodenfinger des oberflächenakustischen Wellenelements 104 durch die fremden Teilchen elektrisch kurzgeschlossen und können ihre normale Resonanzcharakteristik nicht beibehalten, und es wird unmöglich, die Drucksensorvorrichtung normal zu betreiben.
  • Des Weiteren ist es bei der zuvor beschriebenen bekannten Drucksensorvorrichtung so, dass ein Oszillationsschaltkreis, der mit dem oberflächenakustischen Wellenelement 104 verbunden wird, so angeordnet ist, dass er von dem Sensorsubstrat 101 getrennt ist. Daher ist es schwierig, die Größe des gesamten Aufbaus der Drucksensorvorrichtung zu reduzieren, und die Verbindung, die das oberflächenakustische Wellenelement 104 und den Oszillationsschaltkreis verbindet, kann leicht durch elektromagnetische Störungen beeinflusst werden, was in einem fehlerhaften Betrieb und einer verringerten Messgenauigkeit resultiert.
  • <Zusammenfassung der Erfindung>
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Drucksensorvorrichtung aufzuzeigen, deren Zuverlässigkeit spürbar verbessert werden kann, in dem das Sensorteil sehr gut gegenüber der externen Umgebung geschützt wird.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Drucksensorvorrichtung aufzuzeigen, die eine sehr hohe Zuverlässigkeit hat und verkleinert ist, indem das Sensorteil und der mit dem Sensorteil verbundene Oszillationsschaltkreis vor der externen Umgebung geschützt werden.
  • Die Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung ist aufgebaut aus einem Trägersubstrat, einem Sensorsubstrat mit einem Sensorteil zur Druckerkennung an seiner unteren Oberfläche, und einem Dichtelement, das an einer oberen Oberfläche des Trägersubstrats und an der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats anliegt, und einen abgedichteten Raum bildet, um das Sensorteil zwischen diesen Substraten einzuschließen.
  • Gemäß dieser Drucksensorvorrichtung wird das Sensorsubstrat mit einem Sensorteil an seiner unteren Oberfläche mit einem Dichtelement, das das Sensorteil umgibt, auf dem Trägersubstrat befestigt. Das Sensorteil wird hermetisch in dem abgeschlossenen Raum, der von dem Sensorsubstrat, dem Trägersubstrat und dem Dichtelement umschlossen ist, eingeschlossen, so dass das Sensorteil von der Luft mit Feuchtigkeit isoliert werden kann, und Änderungen der elektrischen Charakteristik des Sensorteils auf Grund von Oxidationskorrosion und eine Verschlechterung der Elektroden effektiv verhindert werden kann.
  • Außerdem ist es bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung, wie oben beschrieben, so, dass das Sensorteil von der Luft isoliert ist und fremde Teilchen, etc., sich kaum an den Elektroden des Sensorteils anlagern, so dass die gewünschten Resonanzcharakteristiken immer eingehalten werden können und die Drucksensorvorrichtung für eine lange Zeit normal funktionieren kann.
  • Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Drucksensorvorrichtung erheblich verbessert werden.
  • Das Sensorteil weist ein oberflächenakustisches Wellenelement zur Druckerkennung auf.
  • Des weiteren füllt bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung ein Inertgas das Innere des abgedichteten Raums. Indem das Innere des abgedichteten Raums mit einem Inertgas gefüllt ist, kann eine Oxidationskorrosion des Sensorteils und Ähnlichem, was sich im Inneren des abgedichteten Raums befindet, noch effektiver verhindert werden.
  • Des weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung das Sensorsubstrat aus einem piezoelektrischen Material gemacht, und eine IDT-Elektrode ist auf der Oberfläche des Sensorsubstrats gebildet, um das oberflächenakustische Wellenelement zur Druckerkennung zu bilden.
  • Des Weiteren sind bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung Elektrodenflächen, die elektrisch mit dem Sensorteil verbunden werden, in dem abgedichteten Raum auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats angeordnet, und Verbindungsflä chen, die mit den Elektrodenflächen über leitende Verbindungselemente verbunden werden, in dem abgedichteten Raum auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass der Verbindungsteil zwischen dem Sensorsubstrat und dem Trägersubstrat noch besser vor der externen Umgebung geschützt werden kann.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung das Dichtelement aus einem leitendem Material gemacht und ist elektrisch mit auf dem Verbindungssubstrat angeordneten Erdungsanschlüssen verbunden. Bei dieser Struktur kann das Dichtelement als ein Abschirmelement wirken, wobei das Sensorteil innerhalb des abgeschirmten Raums kaum durch externe Störungen beeinflusst wird und daher stabiler arbeiten kann.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung ein konkaver Teilbereich in der oberen Oberfläche des Sensorsubstrats über dem Sensorteil gebildet. Bei diesem Aufbau wird der Teilbereich, wo der konkave Teilbereich gebildet ist und das Sensorsubstrat ausgedünnt ist, stärker verformt, wenn es einem Druck ausgesetzt wird, wodurch sich eine hohe Empfindlichkeit bei der Druckerkennung erzielen lässt.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung ein oberflächenakustisches Wellenelement als Referenz zum Vergleichen eines Ausgangssignals mit dem oberflächenakustischen Wellenelement zur Druckerkennung auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats ausgebildet und außerhalb der Region des konkaven Teilbereichs positioniert. Gemäß dieser Drucksensorvorrichtung kann, während auf ein Ausgangssignal von dem oberflächenakustischen Wellenelement als Referenz Bezug genom men wird, der auf das Sensorsubstrat ausgeübte Druck auf der Grundlage eines Ausgangssignals von dem oberflächenakustischen Wellenelement zur Druckerkennung erkannt werden.
  • Des Weiteren weist die Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung einen ersten Oszillationsschaltkreis auf, der bei einer vorbestimmten Frequenz auf der Grundlage einer Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements zur Druckerkennung schwingt, einen zweiten Oszillationsschaltkreis auf, der bei einer vorbestimmten Frequenz auf der Grundlage einer Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements als Referenz schwingt, einen Schaltkreis zur Differenzerzeugung auf, der ein Umrechnungssignal erzeugt und ausgibt, indem ein Oszillationssignal von dem ersten Oszillationsschaltkreis mit einem Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis verglichen wird, und einen Modulationsschaltkreis auf, der das Umrechnungssignal von dem Schaltkreis zur Differenzerzeugung und das Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis moduliert und nach außen ausgibt. Bei diesem Aufbau sind das oberflächenakustische Wellenelement zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement als Referenz auf demselben Sensorsubstrat gebildet, so dass Temperaturabhängigkeiten ausgelöscht werden, wenn der Schaltkreis zur Differenzerzeugung eine Differenz zwischen den zwei Oszillationssignalen auf der Grundlage der Resonanzfrequenzen der Elemente berechnet. Dies führt auch zu einem Vorteil, dass man ein Temperaturumrechnungssignal erhält, das einer Temperaturkorrektur unterworfen ist.
  • Außerdem kann das Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis als ein Trägersignal genutzt werden, um das Umrechnungssignal von dem Schaltkreis zur Differenzerzeugung zu modulieren, so dass die Anzahl der Teile reduziert werden kann und der Entwurfs- und Zusammenbauprozess vereinfacht werden kann.
  • Des Weiteren weist die Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung einen ersten Oszillationsschaltkreis auf, der bei einer vorbestimmten Frequenz auf der Grundlage einer Verzögerungszeit eines von dem oberflächenakustischen Wellenelement zur Druckerkennung erzeugten elektrischen Signals schwingt, einen zweiten Oszillationsschaltkreis auf, der mit einer vorbestimmten Frequenz auf der Grundlage einer Verzögerungszeit eines von dem oberflächenakustischen Wellenelement als Referenz erzeugten elektrischen Signals schwingt, einen Schaltkreis zur Differenzerzeugung auf, der ein Umrechnungssignal erzeugt und ausgibt, indem ein Oszillationssignal von dem ersten Oszillationsschaltkreis mit einem Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis verglichen wird, und einen Modulationsschaltkreis auf, der das Umrechnungssignal von dem Schaltkreis zur Differenzerzeugung und das Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis moduliert und nach außen ausgibt. Bei diesem Aufbau werden Temperaturabhängigkeiten der Verzögerungszeiten ausgelöscht, wenn eine Differenz zwischen zwei Oszillationssignalen berechnet wird, die erzeugt werden auf der Grundlage von Verzögerungszeiten von den elektrischen Signalen, die von den oberflächenakustischen Wellenelementen erzeugt werden. Daher, ähnlich wie bei der oben beschriebenen Drucksensorvorrichtung, wird ein Effekt erzielt, dass man ein Druckumrechnungssignal erhält, das einer Temperaturkorrektur unterworfen ist.
  • Um das Umrechnungssignal von dem Schaltkreis zur Differenzerzeugung zu modulieren, kann das Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis als Trägersignal verwendet werden, so dass die Anzahl an Teilen reduziert werden kann und die Entwurfs- und Aufbauprozesse vereinfacht werden können.
  • Des Weiteren sind bei einer Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung beide Elemente in Reihe angeordnet, indem ein Reflektor zwischen ihnen angeordnet ist, und sich die auf beiden Seiten des Reflektors angeordneten oberflächenakustischen Wellenelemente den Reflektor teilen. Durch diesen Aufbau, bei dem sich die auf beiden Seiten des Reflektors angeordneten oberflächenakustischen Wellenelemente den Reflektor teilen, kann die gesamte Länge der oberflächenakustischen Wellenelemente verkürzt werden, so dass die Drucksensorvorrichtung weiter verkleinert werden kann.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung ein Dämpfungselement zwischen den Elementen auf dem Sensorsubstrat angeordnet, das die Übertragung von oberflächenakustischen Wellen unterdrückt oder die Intensitäten der oberflächenakustischen Wellen reduziert. Mit diesem Aufbau können die oberflächenakustischen Wellen wirksam durch das Dämpfungselement gedämpft werden, so dass Reflektionen der oberflächenakustischen Wellen an dem Ende, etc., des piezoelektrischen Substrats verhindert werden können.
  • Des Weiteren sind bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung die Elemente so auf dem Sensorsubstrat angeordnet, dass die Ausbreitungsrichtungen der oberflächenakustischen Wellen von den Elementen parallel zueinander werden, und beide Elemente sind in einer Richtung angeordnet, die senkrecht zu den Ausbreitungsrichtungen der oberflächenakustischen Wellen ist. Bei diesem Aufbau sind beide oberflächenakustischen Wellenelemente parallel zueinander angeordnet, so dass die gesamte Länge der oberflächenakustischen Wellenelemente verkürzt werden kann.
  • Des Weiteren werden in der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung die Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements zur Druckerkennung und die Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements als Referenz voneinander verschieden gemacht.
  • Des Weiteren bilden bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung der erste Oszillationsschaltkreis, der zweite Oszillationsschaltkreis, der Schaltkreis zur Differenzerzeugung und der Modulationsschaltkreis einen IC-Baustein, und der IC-Baustein und beide Elemente sind auf demselben Substrat befestigt. Bei diesem Aufbau sind der erste Oszillationsschaltkreis, der zweite Oszillationsschaltkreis, der Schaltkreis zur Differenzerzeugung und der Modulationsschaltkreis auf einem einzigen IC-Baustein integriert, und indem der IC-Baustein und die Sensorelemente auf demselben Trägersubstrat befestigt sind, kann die Drucksensorvorrichtung wirksam in Gewicht und Größe reduziert werden.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung das Sensorsubstrat aus einem piezoelektrischen Material gemacht und das Sensorteil weist ein oberflächenakustisches Wellenelement auf, wobei die Stärke des Sensorsubstrats unmittelbar unterhalb des Reflektors in etwa gleich zur Stärke der Region unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode nahe der IDT-Elektrode ist und graduell mit der Entfernung von der IDT-Elektrode zunimmt. Die Stärke des piezoelektrischen Substrats unmittelbar unterhalb des Reflektors nimmt graduell mit der Entfernung von der IDT-Elektrode zu, so dass das piezoelektrische Substrat unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode in Abhängigkeit von einer Druckänderung leichter verformen kann und die Druckänderung gut erkannt werden kann. Dadurch wird eine Verkleinerung möglich und eine hohe Empfindlichkeit des Sensors kann erreicht werden.
  • Des Weiteren ist es bei einer Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung erlaubt, dass die Stärke des Sensorsubstrats unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode dünner ist, als die Stärke des Sensorsubstrats unmittelbar unterhalb des Reflektors.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung ein elektronisches Teilelement mit einem Teil der Oszillationsschaltkreise auf dem Trägersubstrat angeordnet. Mit diesem Aufbau ist das elektronische Teilelement mit einem Teil der Oszillationsschaltkreise auch in dem abgedichteten Raum angeordnet, so dass das elektronische Teilelement auch gegenüber der äußeren Umgebung ähnlich wie das Sensorteil geschützt ist, und die elektrischen Charakteristiken können sehr gut beibehalten werden. In diesem Fall kann die elektrische Verbindung, die das Sensorteil und das elektronische Teilelement verbindet, verkürzt werden, indem diese nahezu einander angeordnet werden, so dass ein Einfluss durch elektromagnetische Störungen minimiert werden kann und Fehler, wie z.B. ein fehlerhafter Betrieb und eine reduzierte Messgenauigkeit, wirksam vermieden werden können. Gleichzeitig, indem das elektronische Teilelement mit einem Teil der Oszillationsschaltkreise in dem abgedichteten Raum angeordnet wird, wird es unnötig, den Bereich zur Befestigung des elektronischen Teilelements außerhalb des abgedichteten Raums separat zu sichern, so dass der gesamte Aufbau der Drucksensorvorrichtung verkleinert werden kann.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung das elektronische Teilelement auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet. Indem das elektronische Teilelement auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats befestigt wird, wird die Befestigungsfläche durch Druckschwankungen von außen kaum deformiert, so dass es sehr stabil befestigt werden kann.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung ein konkaver Teilbereich auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats oder der unteren Oberfläche des Trägersubstrats innerhalb des abgedichteten Raums ein konkaver Teilbereich ist gebildet, und innerhalb des konkaven Teilbereichs das elektronische Teilelement mit den Oszillationsschaltkreisen eingebettet. Bei diesem Aufbau, bei dem das elektronische Teilelement in dem konkaven Teilbereich, der in der oberen Oberfläche des Trägersubstrats gebildet ist, eingebettet ist, kann, wenn das Sensorsubstrat auf dem Trägersubstrat befestigt wird, die Distanz zwischen dem Sensorsubstrat und dem Trägersubstrat vergleichsweise frei eingestellt werden, ohne die Stärke des elektronischen Teilelements zu berücksichtigen. In dem Fall, bei dem das elektronische Teilelement in dem konkaven Teilbereich, der in der unteren Oberfläche des Trägersubstrats gebildet ist, eingebettet ist, kann, wenn das Trägersubstrat auf einem externen Substrat befestigt wird, die Bearbeitbarkeit der Baugruppe verbessert werden und die Produktivität der Drucksensorvorrichtung kann auf einem hohen Level gehalten werden.
  • Des Weiteren wird bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung eine Endseite von dem Sensorsubstrat oder dem Trägersubstrat erweitert, um einen erweiterten Bereich zu bilden, beabstandet von dem anderen Substrat, und der erweiterte Bereich ist mit einem Element zur Beschleunigungserkennung für die Erkennung einer Beschleunigung ausgebildet. Mit diesem Aufbau kann die Beschleunigung erkannt werden, ohne dass ein Substrat für das Element zur Beschleunigungserkennung separat vorbereitet werden muss, wodurch die Anzahl von Teilen reduziert werden kann und die Drucksensorvorrichtung in Größe und Gewicht reduziert werden kann.
  • Indem der erweiterte Bereich auf dem Sensorsubstrat geformt wird, verformt sich das Sensorsubstrat leichter als das Trägersubstrat, so dass die Empfindlichkeit bei der Beschleunigungserkennung verbessert werden kann.
  • Des Weiteren weist die Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung einen Übertragungsschaltkreis auf, der ein von dem Modulationsschaltkreis aus dem Umrechnungssignal moduliertes Signal nach außen überträgt, einen Schaltkreis zur Beschleunigungserkennung auf, der ein vorbestimmtes Signal auf der Grundlage eines Beschleunigungserkennungssignals von dem Element zur Beschleunigungserkennung ausgibt, ein Energieversorgungsmittel auf, das elektronische Energie für den Übertragungsschaltkreis liefert, und eine Schaltung zur Steuerung der Energieversorgung auf, die die Energieversorgung von dem Energieversorgungsmittel an den Übertragungsschaltkreis steuert und wobei die Schaltung zur Steuerung der Energieversorgung, die Energieversorgung von dem Energieversorgungsmittel auf der Grundlage steuert, ob die Beschleunigung einen Schwellenwert überschreitet. Dieser Aufbau ermöglicht es, wenn die Drucksensorvorrichtung in einem mobilen Objekt installiert ist, dass die Druckerkennung nur aktiviert wird, wenn eine Beschleunigung festgestellt wird, wie es während der Zeit einer Bewegung der Fall ist. Daher kann ein verschwenderischer Energieverbrauch des Leistungsverstärkers reduziert werden.
  • Wenn das Element zur Beschleunigungserkennung von einem oberflächenakustischen Wellenelement gebildet wird, kann ein Teilbereich zur Druckerkennung und ein Element zur Beschleunigungserkennung gleichzeitig in demselben Herstellungsprozess gefertigt werden, so dass der Herstellungsprozess verkürzt werden kann und die Produktivität verbessert werden kann.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung ein Antennenelement, das mit dem elektronischen Teilelement elektrisch verbunden wird, auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats und/oder auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats befestigt. Mit diesem Aufbau kann ein Übertragungssignal, das von dem Übertragungsschaltkreis ausgegeben wird, der von dem elektronischen Teilelement und dem Sensorteil gebildet wird, mittels Radiowellen an eine andere Empfangseinrichtung übertragen werden, und die Empfangseinrichtung kann Druckinformationen sogar an einer Stelle erhalten, die von der Drucksensorvorrichtung getrennt ist.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung das Antennenelement außerhalb des abgedichteten Raums befestigt.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung eine Antennenstruktur, die elektrisch mit dem elektronischen Teilelement verbunden wird, auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats und/oder auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats angeordnet. Indem eine Antennenstruktur, die elektrisch mit dem elektronischen Teilelement verbunden wird, auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats und/oder auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats von der oben genannten Drucksensorvorrichtung angeordnet wird, kann die Drucksensorvorrichtung dünner ausgeführt werden, die Anzahl von Teilen kann reduziert werden, was wiederum zu einer Verkleinerung und Kostenreduzierung der Drucksensorvorrichtung beiträgt.
  • Außerdem ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung die Antennenstruktur außerhalb des abgedichteten Raums befestigt. Dadurch kann ein elektrisches Signal, das vom Übertragungsschaltkreis ausgegeben wird, nahezu ohne Verluste mit Radiowellen übertragen werden.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung eine Antennenstruktur, die elektrisch mit dem elektronischen Teilelement verbunden wird, auf der oberen Oberfläche des Sensorsubstrats angeordnet. Dadurch werden der Übertragungsschaltkreis und die Antennenstruktur nahe beieinander angeordnet und die elektrische Verbindung, die diese verbindet, kann verkürzt werden. Dies führt dazu, dass der Einfluss von Übertragungsverlusten auf Grund der elektrischen Verbindung reduziert werden, und dass das elektrische Signal nahezu ohne Verluste übertragen werden kann.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung die Antennenstruktur in einer Region gebildet mit Ausnahme der Region unmittelbar oberhalb des oberflächenakustischen Wellenelements zur Druckerkennung.
  • Des Weiteren ist bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung die Antennenstruktur mäanderförmig. Dadurch kann die wirksame Länge der Antennenstruktur verlängert werden und die Verstärkung der Antenne erhöht werden.
  • <Kurze Beschreibung der Figuren>
  • 1 ist eine geschnittene Ansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensorsubstrats, das für die gleiche Drucksensorvorrichtung verwendet wird, auf dem oberflächenakustische Wellenelemente befestigt werden;
  • 3 ist eine geschnittene Ansicht der Drucksensorvorrichtung mit einem elektronischen Teil, das auf der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 6 befestigt ist;
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltung der Drucksensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 5 ist eine geschnittene Ansicht der Drucksensorvorrichtung, bei der oberflächenakustische Wellenelemente vom Typ einer oberflächenakustischen Wellenverzögerungsleitung befestigt sind;
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensorsubstrats, auf dem oberflächenakustische Wellenelemente von dem Typ einer oberflächenakustischen Wellenverzögerungsleitung befestigt sind;
  • 7 ist eine geschnittene Ansicht der Drucksensorvorrichtung, bei der ein elektronisches Teil auf der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 6 befestigt ist;
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines anderen Aufbaus des Sensorsubstrats zeigt, der für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel eines Aufbaus des Sensorsubstrats zeigt, das für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel eines Aufbaus eines Sensorsubstrats zeigt, der für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel eines Aufbaus eines Sensorsubstrats zeigt, der für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel eines Aufbaus eines Sensorsubstrats zeigt, der für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel eines Aufbaus eines Sensorsubstrats zeigt, der für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 14 ist ein Graph, der ein Beispiel von Resonanzcharakteristiken von einem oberflächenakustischen Wellenelement zur Druckerkennung und einem oberflächenakustischen Wellenelement als Referenz darstellt;
  • 15 ist ein Graph, der Frequenz-Temperatur-Charakteristiken von den oberflächenakustischen Wellenelementen zeigt, wenn ein Kristallsubstrat als Sensorsubstrat 1 verwendet wird;
  • 16(a) ist eine Draufsicht auf ein Sensorsubstrat von einer Drucksensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 16(b) ist eine geschnittene Ansicht desselben Sensorsubstrats;
  • 16(c) ist eine geschnittene Ansicht eines Sensorsubstrats mit einer anderen Struktur;
  • 17(a) ist eine Draufsicht auf die Drucksensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die auf einem Substrat befestigt ist;
  • 17(b) ist eine geschnittene Ansicht derselben Drucksensorvorrichtung, die auf einem Substrat befestigt ist;
  • 17(c) ist eine Draufsicht auf eine Befestigungsoberfläche für ein oberflächenakustischen Wellenelements von einem Sensorsubstrat, das für dieselbe Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 17(d) ist eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat, auf dem dieselbe Drucksensorvorrichtung befestigt ist;
  • 18 ist eine Zeichnung, die ein System zur Druckerkennung von derselben Drucksensorvorrichtung darstellt;
  • 19 ist ein Graph, der die Resultate von Messungen der Resonanzcharakteristiken von oberflächenakustischen Wellenelementen zeigt, die in der Drucksensorvorrichtung von der in 16(b) gezeigten Art verwendet werden;
  • 20 ist ein Graph, der die Resultate von Messungen von Resonanzcharakteristiken von oberflächenakustischen Wellenelementen darstellt, die in der Drucksensorvorrichtung von dem in 16(c) gezeigten Typ verwendet werden;
  • 21 ist eine geschnittene Ansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 22 ist eine Draufsicht auf die untere Oberfläche eines Sensorsubstrats 1, das für dieselbe Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 23 ist eine Draufsicht auf die obere Oberfläche von einem Trägersubstrat 6, das für dieselbe Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 24 zeigt ein Schaltbild, das ein Beispiel eines elektrischen Aufbaus von Oszillationsschaltkreisen und einem Schaltkreis zur Differenzerzeugung von derselben Drucksensorvorrichtung darstellt;
  • 25 zeigt eine schematische Ansicht, um die Intervalle der Elektrodenfinger von einer IDT-Elektrode eines oberflächenakustischen Wellenelements zu beschreiben;
  • 26 ist eine geschnittene Ansicht einer Drucksensorvorrichtung, der ein Antennenelement hinzugefügt wurde;
  • 27 zeigt eine Draufsicht auf die untere Oberfläche eines Sensorsubstrats 1, auf dem oberflächenakustische Wellenelemente vom Typ einer oberflächenakustischen Wellenelementverzögerungsleitung befestigt sind;
  • 28 ist eine perspektivische Ansicht einer Drucksensorvorrichtung, bei der eine Antennenstruktur aus einer mäanderförmigen Leiterstruktur besteht und auf einem Trägersubstrat gebildet ist;
  • 29 ist eine geschnittene Ansicht von einer Drucksensorvorrichtung, bei der ein elektronisches Teilelement in einem konkaven Teilbereich von einem Trägersubstrat installiert ist;
  • 30 ist eine geschnittene Ansicht von einer Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor;
  • 31 ist eine Draufsicht auf die untere Oberfläche von einem Sensorsubstrat 1, auf dem ein Element zur Beschleunigungserkennung mit einer Struktur von einem oberflächenakustischen Wellenresonator befestigt ist;
  • 32 ist eine Draufsicht auf die obere Oberfläche von einem Trägersubstrat 6 von derselben Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor;
  • 33 zeigt ein Blockdiagramm, das die Schaltung von derselben Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor darstellt;
  • 34 zeigt ein Schaltbild, das die detaillierte Schaltung von einem Schaltkreis zur Beschleunigungserkennung und eine Schaltung zur Steuerung der Energieversorgung darstellt;
  • 35 ist eine geschnittene Ansicht von einer Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor, der einen anderen Aufbau hat;
  • 36 ist eine Draufsicht auf die obere Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1;
  • 37 ist eine Draufsicht auf die untere Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1;
  • 38 ist eine geschnittene Ansicht von einer Drucksensorvorrichtung mit einer Antennenstruktur;
  • 39 ist eine Draufsicht auf die obere Oberfläche von einem Sensorsubstrat, das für dieselbe Drucksensorvorrichtung verwendet wird;
  • 40 ist eine Ansicht mit einer Perspektive von außerhalb von einer bekannten Drucksensorvorrichtung; und
  • 41 ist eine geschnittene Ansicht von der bekannten Drucksensorvorrichtung.
  • <Bevorzugte Ausführung der Erfindung>
  • Nachfolgend werden die Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine geschnittene Ansicht von einer Drucksensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und 2 ist eine perspektivische Ansicht der oberflächenakustischen Wellenelemente 2 und 3, die auf der unteren Oberfläche von einem piezoelektrischen Substrat 1 von der Drucksensorvorrichtung gebildet sind.
  • Die Drucksensorvorrichtung ist hauptsächlich aus einem Sensorsubstrat 1, auf dem ein oberflächenakustisches Wellenelement 3 als Referenz und ein oberflächenakustisches Wellenele ment 2 zur Druckerkennung befestigt sind, einem Dichtelement 4 und einem Trägersubstrat 6 aufgebaut.
  • Ein Sensorteil 11 wird von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz und dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung gebildet.
  • Das Sensorsubstrat 1 hat in seiner oberen Oberfläche einen konkaven Teilbereich 5. An der unteren Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 ist das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung in einer Region unmittelbar unterhalb des konkaven Teilbereichs 5 (nachfolgend als ein dünner Teilbereich bezeichnet) angeordnet. An dem verbleibenden Teilbereich (nachfolgend als ein dicker Teilbereich bezeichnet), bei dem es sich nicht um den dünnen Teilbereich handelt, ist das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz angeordnet.
  • Das Sensorsubstrat 1 ist aus einem piezoelektrischen Einzelkristall (nachfolgend als „piezoelektrischer Kristall" bezeichnet), wie bspw. Quarz, Lithiumniobat oder Lithiumtantalat, gebildet. Die Hauptoberfläche des Sensorsubstrats 1 wird durch das Schneiden eines Barrens aus dem piezoelektrischen Kristall in einem vorgegebenen Schnittwinkel gebildet.
  • Das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz sind Resonatoren vom Typ der akustischen Oberflächenwellen, die bei vorbestimmten Frequenzen in Resonanz sind.
  • Das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung besteht aus einer kammartigen Übertrager(Inter-Digital- Transducer, abgekürzt als „IDT")-Elektrode 2a, die auf der Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 gebildet ist, und Reflektoren 2b, die auf beiden Seiten in einer Ausbreitungsrichtung der oberflächenakustischen Wellen von dem IDT 2a gebildet sind. Der IDT 2a und die Reflektoren 2b werden geformt durch Strukturformung auf eine Stärke von ungefähr 2.000 Angström, indem die Technik der Photolithografie verwendet wird oder etwas Ähnlichem wie einer Ablagerungsmethode, wie z.B. das Sputtern eines metallischen Materials, wie z.B. Aluminium oder Gold.
  • Das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz besteht auch, ähnlich wie das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung, aus einem IDT 3a, der auf der Oberfläche des Sensorsubstrats 1 gebildet ist, und Reflektoren 3b, die auf beiden Seiten in einer Ausbreitungsrichtung der oberflächenakustischen Wellen von dem IDT 3a gebildet sind. Die Methode der Herstellung ist die gleiche wie die für das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung.
  • Eine Verbindungsstelle 8 ist ringförmig auf der Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 gebildet, um das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz zu umschließen. Die Verbindungsstelle 8 kann aus dem gleichen Material und mittels der gleichen Methode gebildet sein wie bei den IDTs 2a und 3a und den Reflektoren 2b und 3b. Die Oberfläche davon wird mit einem Ni-Metallüberzug oder mit einem Au-Metallüberzug versehen. Um die Adhäsionsstärke zu verbessern, wird die Filmstärke der Verbindungsstelle 8 vorzugsweise dick ausgeführt.
  • Das Bezugszeichen 7 in der 2 bezeichnet eine Elektrodenfläche zur Bereitstellung der Anregungsenergie, sowohl für das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung als auch für das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz. Diese Elektrodenfläche 7 ist auch aus dem gleichen Material und mittels der gleichen Methode gebildet wie bei dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung, dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz und der Verbindungsstelle 8.
  • Auf der anderen Seite muss das Trägersubstrat 6 mechanische Charakteristiken, wie bspw. ausreichende Stärke, haben, so dass es sich kaum verformt, selbst durch einen externen Druck, so dass eine mehrschichtige Platine, bei der ein keramisches Material verwendet wird, wie eine Glaskeramik, vorzugsweise verwendet wird.
  • Das Trägersubstrat 6 wird hergestellt, indem eine Mehrzahl von Rohfolien (green sheets) laminiert und unter Druck verbunden werden, auf denen die Leiterbahnpaste, aus der ein elektrisches Verbindungsmuster, oder Durchgangslochleiter wird, gedruckt sind und angewendet werden, um eine vorbestimmte Struktur zu erzeugen und diese insgesamt zu erhitzen.
  • Auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats 6 sind Verbindungsflächen (nicht gezeigt), die elektrisch mit den Elektrodenflächen 7 verbunden sind, die auf der unteren Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 mittels leitenden Verbindungselementen, wie bspw. Lötzinn, verbunden sind, an Teilbereichen, die der Verbindungsstelle 8, die auf der unteren Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 gebildet ist, zugewandt sind, gebildet sind.
  • Für die leitenden Verbindungselemente, die die Elektrodenflächen 7 von dem Sensorsubstrat 1 und die Verbindungsflächen von dem Trägersubstrat 6 verbinden, wird bspw. Lötzinn, ein leitender Harz oder etwas Ähnliches verwendet.
  • Um eine Behinderung der Deformation von dem dünnen Teilbereich als Antwort auf einen Druck von außen zu vermeiden, ist es wünschenswert, dass die Verbindung zwischen der Elektrodenfläche 7 auf der unteren Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 und die Verbindungsflächen auf der oberen Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 bei dem dicken Teilbereich gemacht werden. Wenn die Elektrodenflächen 7 auf der unteren Oberfläche von dem Sensorsubstrat und die Verbindungsflächen auf der oberen Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 bei dem dünnen Teilbereich verbunden werden, ist es wünschenswert, dass ein leitendes Harz, das leicht deformiert werden kann, für die leitenden Verbindungselemente verwendet wird, die für diese Verbindung verwendet werden.
  • Auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats 6 ist eine Verbindungsstelle 9, die mit der Verbindungsstelle 8 über ein Dichtelement 4 verbunden ist, angeordnet.
  • Zwischen dem Trägersubstrat 6 und dem Sensorsubstrat 1 ist das Dichtelement 4 angeordnet, um das zuvor genannte oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz, das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und die Elektrodenflächen 7 zu umschließen. Dieses Dichtelement 4 dient als Abstandshalter.
  • Für das Dichtelement 4 kann ein Harz verwendet werden, oder kann ein leitendes Material verwendet werden.
  • Wenn ein Harz für das Dichtelement 4 verwendet wird, wird ein Harzmaterial verwendet, das sehr gute Dichteigenschaften aufweist, wie z.B. ein Epoxydharz. In diesem Fall sind die Verbindungsstellen 8 und 9 nicht notwendigerweise auf der unteren Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 und der oberen Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 angeordnet. Wenn das Dichtelement 4 aus einem Harzmaterial gemacht ist, kann das Dichtelement mit einer Leitfähigkeit versehen werden, indem eine vorbestimmte Menge von einem leitenden Füllstoff, wie bspw. Metallpartikel, hinzugefügt werden und kann dieses mit einem Erdungsanschluss auf der unteren Oberfläche von dem Trägersubstrat elektrisch verbunden werden, so dass das Dichtelement 4 als ein Abschirmelement dienen kann, ähnlich wie bei der weiter unten beschriebenen Ausführungsform, und dass es erschwert wird, das oberflächenakustische Wellenelement, das das Sensorteil 2 in dem abgedichteten Raum bildet, durch externe Störungen zu beeinflussen, so dass es stabil betrieben werden kann.
  • Wenn ein leitfähiges Material für das Dichtelement 4 verwendet wird, wird Lötzinn oder AuSn, bei dem es sich um ein flammendes Material mit einem hohen Schmelzpunkt handelt, verwendet. Insbesondere während des Prozesses des Befestigens von der Drucksensorvorrichtung auf einer Hauptplatine oder etwas Ähnlichem wird vorzugsweise AuSn als ein flammendes Material mit einem hohen Schmelzpunkt verwendet, um zu verhindern, dass die Verbindungsstelle 8 wieder schmilzt und seine Charakteristik ändert, selbst wenn sie Hitze ausgesetzt wird. Der gleiche Effekt kann erreicht werden, wenn AuSi oder SnAgCu als etwas Anderes als AuSn verwendet werden, so dass diese eingesetzt werden können.
  • Indem das Dichtelement 4 in der Form eines Rahmens gebildet wird, um das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz und das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung zu umschließen, innerhalb der Innenseite von diesem Dichtelement, das heißt, genauer gesagt, innerhalb der Region, die von dem Sensorsubstrat 1, dem Trägersubstrat 6 und dem Dichtelement 4 (als abgedichteter Raum S bezeichnet) umgeben ist, können das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz, das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und Ähnliches hermetisch abgeschlossen werden. Dadurch kann eine Oxidationskorrosion oder Ähnliches der IDT-Elektrode, etc., die innerhalb des abgedichteten Raums S angeordnet ist, wirksam verhindert werden.
  • Außerdem, indem das Dichtelement 4 mit dem Erdungsanschluss von dem Trägersubstrat 6 verbunden ist, wird das Dichtelement 4 auf einem Erdungspotenzial gehalten, wenn die Drucksensorvorrichtung verendet wird, so dass die elektromagnetische Abschirmung verbessert werden kann. Durch diese Abschirmungswirkung können unerwünschte Störungen von außen durch das Dichtelement 4 erheblich reduziert werden.
  • Des Weiteren, indem ein leitendes Material für das Dichtelement 4 verwendet wird, kann neben dem Abschirmeffekt die Wärmeleitung zwischen dem Trägersubstrat 6 und dem Sensorsubstrat 1 verbessert werden, so dass ungewöhnliche Temperaturanstiege von dem Sensorsubstrat 1 verringert werden können.
  • Noch mehr bevorzugt ist der Raum S, der von dem Sensorsubstrat 1, dem Trägersubstrat 6 und dem Dichtelement 4 umschlossen wird, mit einem Inertgas, wie bspw. Stickstoffgas oder Argongas, gefüllt. Dadurch kann eine Oxidationskorrosion von der IDT-Elektrode und Ähnlichem noch wirksamer verhindert werden.
  • Bei dieser Ausführungsform ist der Entwurf so gemacht, dass die Resonanzfrequenzen von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz gleich werden, wenn kein Druck anliegt.
  • Das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung, das auf dem dünnen Teilbereich der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats 1 gebildet ist, deformiert sich, wenn es einem Druck von außerhalb ausgesetzt wird, ändert seine Ausbreitungsgeschwindigkeit der oberflächenakustischen Wellen bei dem deformierten Teilbereich und ändert die Intervalle zwischen den Elektrodenfingern von dem IDT von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung, und auf Grund dieser Vorgänge ändert sich die Resonanzfrequenz. Daher kann eine Druckänderung auf der Grundlage einer Änderung der Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements detektiert werden.
  • Allgemein hat das oberflächenakustische Wellenelement eine vorbestimmte Temperaturcharakteristik und seine Resonanzfrequenz verschiebt sich bei einer Temperaturänderung.
  • Daher muss der Einfluss einer Drift auf Grund einer Temperaturänderung eliminiert werden, und um dies zu eliminieren wird das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz verwendet. Genauer gesagt verformt sich der Teilbereich, wo das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz gebildet ist, kaum, wie oben beschrieben ist, selbst wenn es einem Druck von außerhalb ausgesetzt wird, da es dick ist. Daher ändert sich seine Resonanzfrequenz nur bezüglich einer Temperaturänderung, und indem dies verwendet wird, werden die Daten der Resonanzfrequenzänderung von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung korrigiert, wodurch der Einfluss von der Temperaturänderung fast vollständig eliminiert werden kann.
  • Hierbei, wenn das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz auf getrennten piezoelektrischen Substraten gebildet sind, wird eine Änderung der Resonanzfrequenz berechnet, indem die Temperaturdifferenz zwischen diesen Substraten berücksichtigt wird, und unter Verwendung dieser Änderung muss der Einfluss von der Temperaturänderung eliminiert werden.
  • Auf der anderen Seite, gemäß der Drucksensorvorrichtung von dieser Ausführungsform, wird durch ein Bilden des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung und des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz auf demselben Sensorsubstrat 1, die „Charakteristik der Resonanzfrequenz bezogen auf die Temperatur" zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz und dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung angepasst. Dadurch werden die Änderungen der Resonanzfrequenz der oberflächenakustischen Wellenelemente in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung zueinander gleich, und nur durch Berechnen der Differenz zwischen der Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und der Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz kann der Einfluss einer Temperaturänderung fast vollständig eliminiert werden. Daher kann eine Kompensation der Temperatur durch einen sehr einfachen Aufbau und eine sehr einfache Methode realisiert werden.
  • Um die Kompensation der Temperatur zu realisieren, wird bspw. ein Oszillationsschaltkreis gebildet, der mit einer Frequenz oszilliert, die mit der Resonanzfrequenz der oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung korrespondiert. Dadurch kann die Druckänderung des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung als eine Änderung der Oszillationsfrequenz erkannt werden. Zusätzlich ist das oberflächenakustische Wellenelement als Referenz auch mit einem anderen Oszillationsschaltkreis verbunden, der mit einer Frequenz oszilliert, die mit der Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz korrespondiert. Dann, indem ein Signal mit einer Frequenz ausgegeben wird, die der Differenz zwischen den Frequenzen von diesen Oszillationsschaltkreisen entspricht, kann der Einfluss von einer Temperaturänderung einfach und fast vollständig eliminiert werden.
  • Solche Oszillationsschaltkreise können auf der oberen Oberfläche oder unteren Oberfläche des Trägersubstrats befestigt werden oder im Trägersubstrat 6 in der Form eines IC-Bausteins installiert werden oder können auf einer Hauptplatine befestigt werden, die sich außerhalb des Trägersubstrats 6 befindet.
  • 3 ist eine geschnittene Ansicht von einer Drucksensorvorrichtung, die ein Beispiel zeigt, bei dem die Oszillationsschaltkreise und Ähnliches auf der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 6 befestigt sind.
  • Auf der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 6, ist eine Anschlusselektrode (nicht gezeigt) ausgebildet, und ein IC-Baustein 12, der einen ersten Oszillationsschaltkreis, einen zweiten Oszillationsschaltkreis, eine Schaltung zur Differenzerzeugung und eine Modulationsschaltung integriert, ist befestigt, und des Weiteren, sind ein Leistungsverstärker 15 und eine Antenne 13 befestigt, und ein Harz 14 ist gegossen, um diese zu bedecken.
  • Durch diese Integration des ersten Oszillationsschaltkreises, des zweiten Oszillationsschaltkreises, des Schaltkreises zur Differenzerzeugung und des Modulationsschaltkreises auf einem einzelnen IC-Baustein 12, können der IC-Baustein 12 und das Sensorsubstrat 1 auf einem gemeinsamen Trägersubstrat 6 befestigt werden. Dadurch wird die Drucksensorvorrichtung hinsichtlich Gewicht und Größe verkleinert.
  • Als Nächstes wird nun die Schaltung der oben beschriebenen Drucksensorvorrichtung mit Bezug auf die 4 beschrieben.
  • Das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung ist mit dem ersten Oszillationsschaltkreis 60a verbunden, der mit einer vorbestimmten Frequenz basierend auf der Resonanzfrequenz von dem Element oszilliert und ein Oszillationssignal von dem ersten Oszillationsschaltkreis 60a an den Schaltkreis zur Differenzerzeugung 60c ausgibt.
  • Das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz ist mit dem zweiten Oszillationsschaltkreis 60b verbunden, der mit einer vorbestimmten Frequenz auf der Grundlage der Resonanzfrequenz von dem Element oszilliert, und ähnlich wie das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung ein Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis 60b an den Schaltkreis zur Differenzerzeugung 60c ausgibt.
  • Der Schaltkreis zur Differenzerzeugung 60c weist ein Element zum Mixen (Mixer) auf, um das Ausgangssignal auf der Grundlage der Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz mit dem Ausgangssignal auf der Grundlage der Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung zu vergleichen. Durch diesen Schaltkreis zur Differenzerkennung 60c, wird ein Umrechnungssignal erzeugt, in dem die Differenz zwischen den beiden Oszillationssignalen auf der Grundlage der Resonanzfrequenzen der beiden oberflächenakustischen Wellenelemente berechnet wird, wobei Schwankungen von einem von außen aufgebrachten Druck von oberhalb des Sensorsubstrats 1 erkannt werden.
  • An diesem Punkt, wie oben beschrieben, sind das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz auf dem gleichen Sensorsubstrat 1 gebildet, so dass die Abhängigkeiten der Temperatur, die auf die Resonanzfrequenzen wirken, ausgelöscht werden, wenn die Differenz zwischen den beiden Oszillationssignalen auf der Grundlage der Resonanzfrequenzen von den oberflächenakustischen Wellenelementen berechnet wird. Dadurch kann ein Einfluss durch eine Änderung der Temperatur einfach und fast vollständig eliminiert werden und eine reine Druckänderung kann erkannt werden.
  • Das Umrechnungssignal, das von dem Schaltkreis zur Differenzbestimmung 60c erzeugt wird, wird von dem Modulationsschaltkreis moduliert, indem das Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis 60b als ein Referenzsignal verwendet wird. Die bezüglich einer Druckschwankung erhaltenen Daten werden durch den Schaltkreis zur Leistungsverstärkung verstärkt und übertragen und mittels der Antenne nach außen ausgegeben.
  • Das Oszillationssignal auf der Grundlage der Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz, wird somit als ein Referenzsignal verwendet, um das Umrechnungssignal zu modulieren, so dass es nicht erforderlich ist, einen separaten Oszillationsschaltkreis vorzubereiten, der das Referenzsignal erzeugt. Dadurch wird die Anzahl der Teile reduziert und die Entwurfs- und Zusammenbauprozesse können vereinfacht werden. Dadurch kann die Produktivität der Drucksensorvorrichtung auf einem hohen Level gehalten werden, und die Drucksensorvorrichtung kann in Gewicht und Größe reduziert werden.
  • In der Schaltung gemäß der 4, wird der Schaltkreis zur Differenzerzeugung 60c verwendet, um das Umrechnungssignal zu extrahieren; es ist jedoch auch erlaubt, dass der erste Oszillationsschaltkreis 60a, der zweite Oszillationsschaltkreis 60b und der Schaltkreis zur Differenzerzeugung 60c von einem differentiellen Oszillationsschaltkreis gebildet werden.
  • Im Nachfolgenden werden Vorteile der Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform, ist die Stärke von dem Sensorsubstrat 1, auf dem das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung ist, gänzlich dünner gemacht, als die Stärke von dem Teilbereich, wo das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz gebildet ist, so dass die Verformung von dem Sensorsubstrat 1 ansteigt, wenn darauf ein Druck einwirkt, wodurch sich eine hohe Empfindlichkeit für die Drucksensorvorrichtung ergibt.
  • Des Weiteren, wird es bei der Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform möglich, die Temperaturcharakteristiken zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz und dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung anzupassen, wodurch eine Temperaturkompensation mit einem sehr einfachen Aufbau und einer sehr einfachen Methode realisiert wird.
  • Des Weiteren, sind das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz und das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung in dem Raum S angeordnet, der von dem Sensorsubstrat 1, dem Trägersubstrat 6 und dem Dichtelement 4 abgedichtet wird, so dass die Elemente und die elektrischen Verbindungen von den Elementen gut vor der äußeren Umgebung geschützt werden, so dass die Zuverlässigkeit der Drucksensorvorrichtung erheblich verbessert wird.
  • In der Ausführungsform der 1 bis 3, ist die gesamte Anordnungsregion von dem oberflächenakustischen Wellen element 2 zur Druckerkennung bei dem dünnen Teilbereich positioniert, es ist jedoch anstelle dessen auch möglich, dass ein Teil von der Anordnungsregion von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung, z.B. nur die IDT-Elektrode 2a, bei dem dünnen Teilbereich positioniert ist oder die IDT-Elektrode 2a und ein Teil der Reflektoren 2b bei dem dünnen Teilbereich positioniert ist.
  • Als Nächstes wird eine Methode beschrieben, um das Trägersubstrat 6 und das Sensorsubstrat 1 zu verbinden.
  • Als Erstes wird ein erster Wafer, der auf seiner oberen Oberfläche Verbindungsflächen und die Verbindungsstelle 9 hat, und ein zweiter Wafer, der auf seiner unteren Oberfläche das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung, das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz, die Verbindungsstelle 8 und die Elektrodenflächen 7 hat, vorbereitet. Der erste Wafer, der hier verwendet wird, ist ein kollektives Substrat von Trägersubstraten 6, und der zweite Wafer ist ein kollektives Substrat von Sensorsubstraten 1. Die Stärke des zweiten Wafers wird auf 200 bis 300 Mikrometer gesetzt. Auf dem zweiten Wafer 2, werden dünne Teilbereiche für jedes der Sensorsubstrate 1 gebildet, auf denen einzelne Drucksensorvorrichtungen gebildet werden.
  • Die Methode zur Bildung dieses dünnen Teilbereichs ist wie folgt. Der zweite Wafer wird an einem Trennband (dicing tape) befestigt, in dem die Oberfläche für das Formen der Elektroden von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 und Ähnlichem nach unten gedreht wird. In diesem Zustand wird Ätzen oder Sandstrahlen angewendet, so dass die Stärke von dem Sensorsub strat 1, das unmittelbar unterhalb des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung positioniert ist, dünner wird als die anderen Regionen.
  • Als Nächstes wird eine temporäre Verbindung zwischen den Verbindungsflächen von dem ersten Wafer und den Elektrodenflächen 7 von dem zweiten Wafer und zwischen den Verbindungsstellen 9 von dem ersten Wafer und den Verbindungsstellen 8 von dem zweiten Wafer mittels einer Lötpaste gemacht. Bei dieser Ausführungsform, wurde eine Lötpaste mit AuSn-Partikeln, die in einem organischen Trägermaterial dispergiert sind, verwendet. Die Lötpaste wird auf die Verbindungsflächen und die Verbindungsstellen 9 mittels eines konventionellen Siebdruckverfahrens oder Ähnlichem aufgebracht.
  • Als Nächstes werden die Elektrodenflächen 7 und die Verbindungsstellen 8 von dem zweiten Wafer so ausgerichtet, dass sie sich gegenüber von den entsprechenden Verbindungsflächen und Verbindungsstellen 9 von dem ersten Wafer befinden.
  • Als Nächstes werden der erste Wafer und der zweite Wafer erhitzt, so dass die Lötpaste schmilzt.
  • Daher sind das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz und das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung von dem Dichtelement 4 umgeben, und die Elektrodenflächen von dem ersten Wafer sind mit den Elektrodenpads 7 elektrisch verbunden.
  • Als Nächstes wird nur der zweite Wafer durch Schneiden (dicing) geschnitten und in eine Mehrzahl von Sensorsubstraten 1 geteilt. Ein flüssiges Harz wird angewendet, um die Lücken zwischen den zueinander benachbarten piezoelektrischen Substraten zu füllen und wird thermisch gehärtet. Bei dieser Ausführungsform wenn das flüssige Harz angewendet wird, müssen die Lücken wirksam gefüllt werden, so dass ein Vakuumdruck vorzugsweise verwendet wird.
  • Dann wird der erste Wafer durch Schneiden (dicing) gemeinsam mit dem oben beschriebenen Harz geschnitten. Drucksensorvorrichtungen, die für jedes Trägersubstrat 6 geteilt sind, werden auf diese Weise hergestellt. Das Harz dient als schützendes Element um die Endflächen von den dünnen Sensorsubstraten 1 zu schützen.
  • Die auf diese Weise aufgebaute Drucksensorvorrichtung wird bspw. an den oben beschriebenen Übertragungsschaltkreis 60 angeschlossen und mit dem Schaltkreis zur Differenzerzeugung, dem Leistungsverstärker, einer Energiequelle und einer Antenne kombiniert, wodurch die Drucksensorvorrichtung in einem Gerät zur Überwachung des Reifendrucks (tire state monitoring device, TPMS) verwendet werden kann, das an einem Rad eines Automobils befestigt ist und Radiosignale überträgt und ausgibt in Abhängigkeit von Schwankungen des Luftdrucks in dem Rad.
  • Als Nächstes wird eine Drucksensorvorrichtung beschrieben, die oberflächenakustische Wellenverzögerungsleitungen als oberflächenakustische Wellenelemente verwendet, unter Bezug auf 5 und 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel, wird nur ein Unterschied von der oben beschriebenen Ausführungsform gemäß 1 und 2 beschrieben, und für ähnliche Komponenten, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet und sich überschneidende Beschreibungsteile werden weggelassen.
  • 5 ist eine geschnittene Ansicht von einer Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform, und 6 ist eine perspektivische Ansicht von außerhalb von einem Sensorsubstrat 1, das für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird.
  • Der Unterschied von der Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform von der Drucksensorvorrichtung gemäß 1 und 2, die oben beschrieben wurde, liegt darin, dass das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz von dem Sensorsubstrat 1 als oberflächenakustische Wellenverzögerungsleitungen aufgebaut sind.
  • Genauer gesagt, ist das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung aus einem Paar von IDT-Elektroden 2a aufgebaut, die voneinander beabstandet auf der Oberfläche des Sensorsubstrats 1 angeordnet sind und aus einem Ausbreitungsweg 2c der oberflächenakustischen Wellen zwischen den IDT-Elektroden. Hierbei ist der dünne Teilbereich von dem Sensorsubstrat 1 über die gesamte Region von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung angeordnet.
  • In ähnlicher Weise ist auch das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz auch vom Typ einer oberflächenakustische Wellenverzögerungsleitung. Genauer gesagt ist es aus einem Paar von IDT-Elektroden 6a, die in einem vorbestimmten Abstand auf der unteren Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 angeordnet ist und einem Ausbreitungsweg 6c von den oberflächenakustischen Wellen aufgebaut.
  • Auf beiden Seiten in den Ausbreitungsrichtungen der oberflächenakustischen Wellen von den oberflächenakustischen Wellenelementen 2 und 3, sind Dämpfungselemente aus Siliziumharz oder Ähnlichem geformt, um zu verhindern, dass die oberflächenakustischen Wellen von den Enden von dem piezoelektrischen Substrat gedämpft und reflektiert werden. Die Dämpfungselemente 17 müssen nicht notwendigerweise vorhanden sein, wenn die Intensitäten der oberflächenakustischen Wellen, die an den Enden von dem Sensorsubstrat 1 reflektiert werden, auf einem zulässigen Pegel sind.
  • Wenn ein Druck von außen auf das Sensorsubstrat 1 wirkt und sich der dünne Teilbereich von dem Sensorsubstrat 1 verformt, ändert sich die Länge des Ausbreitungswegs für die oberflächenakustischen Wellen in dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung. Zur gleichen Zeit ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der oberflächenakustischen Wellen bei dem verformten Teilbereich. Auf Grund dieser Vorgänge, ändert sich die Verzögerungszeit des elektrischen Signals, so dass eine Druckänderung im Fall der zuvor beschriebenen Ausführungsform erkannt werden kann, indem eine Änderung der Verzögerungszeit erkannt wird.
  • Um eine Änderung der Verzögerungszeit zu erkennen, ist bspw. ein Oszillationsschaltkreis, der mit einer Frequenz oszilliert, die der von der Verzögerungsleitung für die oberflächenakustischen Wellen von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung hervorgerufenen Verzögerungszeit des elektrischen Signals entspricht, verbunden. Dadurch kann die Druckänderung als eine Änderung der Oszillationsfrequenz erkannt werden.
  • In ähnlicher Weise ist an das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz ein Oszillationskreis angeschlossen, der mit einer Frequenz oszilliert, die einer Verzögerungszeit eines elektrischen Signals entspricht, die von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz hervorgerufen wird.
  • In diesem Fall, sind das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz auch auf dem gleichen Sensorsubstrat 1 gebildet, so dass die Abhängigkeiten der Temperatur bezogen auf die Verzögerungszeiten ausgelöscht werden, in dem die Differenz zwischen den Oszillationssignalen von den oberflächenakustischen Wellenelementen 2 und 3 berechnet wird, wodurch eine Temperaturkorrektur gemacht wird.
  • Des Weiteren ist in der oben beschriebenen Ausführungsform gemäß 5 und 6 die gesamte Anordnungsregion von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung bei dem dünnen Teilbereich positioniert. Anstelle dessen ist es jedoch auch möglich, dass ein Teil von der Anordnungsregion von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung, bspw. nur der Ausbreitungspfad 2c, bei dem dünnen Teilbereich positioniert ist, oder dass der Ausbreitungsweg 2c und ein Teil von den IDT-Elektroden 2a bei dem dünnen Teilbereich positioniert sind.
  • Der Oszillationsschaltkreis ist als ein IC-Baustein realisiert, und er kann auf der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 befestigt werden oder innerhalb des Trägersubstrats 6 installiert werden, oder er kann auf einer Hauptplatine außerhalb von dem Trägersubstrat 6 befestigt werden.
  • 7 zeigt ein Beispiel, bei dem der Oszillationsschaltkreis etc. auf der unteren Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 befestigt sind.
  • An der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 6 ist eine Anschlusselektrode (nicht gezeigt) angeordnet und ein IC-Baustein 12, der einen ersten Oszillationsschaltkreis, einen zweiten Oszillationsschaltkreis, einen Schaltkreis zur Differenzerzeugung und einen Modulationsschaltkreis integriert, ist befestigt, des Weiteren ist ein Leistungsverstärker 15 befestigt, und ein Harz 14 ist gegossen, um diese zu bedecken.
  • Die Funktionen des ersten Oszillationsschaltkreises, des zweiten Oszillationsschaltkreises, des Schaltkreises zur Differenzgenerierung und des Modulationsschaltkreises sind vollständig die gleichen wie die, die oben unter Bezug auf 4 beschrieben wurden, und eine Wiederholung dieser Erklärungen wird hierbei ausgelassen.
  • Nachfolgend wird ein weiteres Beispiel eines Aufbaus von der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung erläutert.
  • 8 zeigt einen Aufbau, bei dem das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächen akustische Wellenelement 3 als Referenz in Reihe auf der unteren Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 angeordnet sind. Der Reflektor 2b des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung und der Reflektor 3b von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 sind als Reflektor ausgebildet, den sich die oberflächenakustischen Wellenelemente 2 und 3 teilen.
  • Gemäß dieser Drucksensorvorrichtung teilen sich das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz den zwischen diesen Elementen positionierten Reflektor 2b (3b), so dass der Bereich des Sensorsubstrats 1 einschließlich des oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz kleiner gemacht werden kann und die Drucksensorvorrichtung weiter im Gewicht reduziert werden kann. Daraus resultiert, dass selbst wenn die Drucksensorvorrichtung zur Überwachung des Luftdrucks in einem Reifen verwendet wird, die zentrifugale Kraft, die auf Grund der Rotation des Reifens entsteht, kleiner gemacht werden kann, so dass ein Abfallen und Zerbrechen der Drucksensorvorrichtung innerhalb des Reifens reduziert werden kann.
  • 8 zeigt ein Beispiel, bei dem der Reflektor 2b (3b), der gemeinsam genutzt werden soll, über der Innenseite der Region gebildet ist, bei der der konkave Teilbereich 5 gebildet ist, und an der Außenseite dieser Region. Es ist jedoch auch möglich, dass die Gesamtheit des Reflektors 2b (3b), der gemeinsam genutzt werden soll, in der Region gebildet ist, an der der konkave Teilbereich 5 gebildet ist, oder außerhalb des Bereichs, bei dem der konkave Teilbereich 5 gebildet ist.
  • Es ist jedoch bevorzugt, dass die Gesamtheit des Reflektors 2b (3b), der gemeinsam genutzt werden soll, in der Region gebildet ist, in der der konkave Teilbereich 5 gebildet ist, um es einfacher zu machen, die Region, in der das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung gebildet ist, zu verformen, wenn ein Druck von außen auf die Drucksensorvorrichtung wirkt, und um die Empfindlichkeit der Drucksensorvorrichtung zu erhöhen.
  • Außerdem, wie in der perspektivischen Ansicht gemäß 9 gezeigt, ist es auch möglich, dass eine Elektrodenfläche 7 von der IDT-Elektrode 2a von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und der IDT-Elektrode 6a von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz gemeinsam genutzt wird. In diesem Fall reduziert sich die Zahl der Elektrodenflächen um eins, so dass die Prozesse vereinfacht werden können.
  • 10 zeigt eine Struktur, bei der ein Dämpfungselement 16, das die Übertragung von oberflächenakustischen Wellen unterdrückt oder die Intensitäten von oberflächenakustischen Wellen reduziert, zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz und auf dem Sensorsubstrat 1 angeordnet ist.
  • Gemäß dieser Drucksensorvorrichtung ist das Dämpfungselement 16, das die Übertragung von oberflächenakustischen Wellen unterdrückt oder die Intensitäten von oberflächenakustischen Wellen reduziert, zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz auf der Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 angeordnet. Daher, selbst wenn die Elemente nahe zueinander angeordnet sind, so dass die Trägerwellen von den oberflächenakustischen Wellen auf der gleichen Linie voranschreiten, um die Größe der Drucksensorvorrichtung zu verringern, werden Trägerwellen, die nicht von den Reflektoren reflektiert werden konnten und lecken (fehlerhaft abzweigen, leak), gut von dem Dämpfungselement 16 absorbiert, das zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz angeordnet ist. Daher stören sich die Trägerwellen, die lecken und die Trägerwellen von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz oder dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung in der Nähe zu den Trägerwellen, die lecken, selten gegenseitig. Im Ergebnis bedeutet dies, dass Druckmessungen genau vorgenommen werden können.
  • Für das Dämpfungselement 16 kann jedes Material, wie bspw. ein Harz oder ein Metall, verwendet werden, solange es Trägerwellen dämpft. Vorzugsweise wird ein Material mit einer Elastizität repräsentiert durch Silikonkautschuk verwendet. Das Dämpfungselement wird mittels Drucken auf die Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 mittels eines bekannten Siebdruckverfahrens aufgebracht, wenn das Dämpfungselement aus Silikonkautschuk gemacht ist.
  • Das Dämpfungselement 16 ist fortlaufend zwischen den benachbarten Reflektoren 2b und 3b in einer Region zumindest von einem Teilbereich zwischen den Enden der einen Seite zu einem Teilbereich zwischen der Enden der anderen Seite angeordnet, wodurch der Effekt des Dämpfens von Trägerwellen, die lecken, erzielt werden kann. Die Breite des Dämpfungselements 16 ist geeignet bestimmt, bezogen auf die Entfernung zwischen den benachbarten Reflektoren 2b und 3b, und ist normalerweise zwischen mehreren Mikrometern bis hin zu einem Vielfachen von 10 mm. Indem das Dämpfungselement 16 in Kontakt mit dem Trägersubstrat 6 gebildet wird, kann ein Effekt einer größeren Dämpfung der Trägerwellen, die lecken, erzielt werden.
  • Es ist auch möglich, dass das Dämpfungselement 16 so geformt ist, dass es das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz, entsprechend, umschließt, wie es in 11(a) gezeigt ist. Des Weiteren ist es auch möglich, wie in 11(b) gezeigt, dass das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz von einem großen Dämpfungselement 16 umgeben sind, und dass zur gleichen Zeit das Dämpfungselement 16 auch zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz angeordnet ist. In diesem Fall kann, indem das Dämpfungselement 16 aus Lötzinn oder einem leitenden Material, wie z.B. einem leitenden Harz, gemacht ist, auch die Funktion der Verbindungsstelle 8 erfüllen, so dass die Prozesse nicht zunehmen.
  • Wie in 12 gezeigt, kann auch ein Aufbau verwendet werden, bei dem das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustisch Wellenelement 3 als Referenz auf dem Sensorsubstrat 1 parallel zueinander angeordnet sind. Genauer gesagt sind das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz parallel zueinander angeordnet, so dass die Ausbreitungsrichtungen der oberflächenakustischen Wellen von den Elementen 2 und 3 zueinander parallel werden.
  • Gemäß der Drucksensorvorrichtung der Erfindung sind das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz auf dem Sensorsubstrat 1 parallel zueinander angeordnet, so dass selbst wenn das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz zur Reduzierung der Größe auf demselben Substrat gebildet sind, sich die oberflächenakustischen Wellen davon nicht entlang derselben Linie fortpflanzen, so dass die oberflächenakustischen Wellen, die von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung erzeugt werden, und die oberflächenakustischen Wellen, die von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz erzeugt werden, sich nicht gegenseitig stören. Im Ergebnis kann die Druckmessung genau durchgeführt werden.
  • Aus der Sicht einer Vermeidung einer Interferenz zwischen oberflächenakustischen Wellen können das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz angeordnet werden, so dass ihre Positionen in der Fortpflanzungsrichtung der oberflächenakustischen Wellen zueinander versetzt sind. Aus der Sicht einer Reduzierung der Größe ist es jedoch bevorzugt, dass die Elemente entsprechend der Breite parallel zueinander angeordnet sind.
  • Zusätzlich, wie in 13 gezeigt, können sich die Elemente die Elektrodenfläche 7 teilen, wenn das oberflächenakus tische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz benachbart und parallel zueinander angeordnet sind, wodurch eine weitere Verkleinerung möglich ist.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel ist es auch möglich, dass das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz auf dem Sensorsubstrat 1 gebildet sind, so dass ihre Resonanzfrequenzen voneinander unterschiedlich sind.
  • In diesem Fall werden die Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und die Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz auf dem Sensorsubstrat 1 voneinander verschieden gemacht, so dass, selbst wenn das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz zur Reduzierung der Größe nahe zueinander auf demselben Substrat gebildet sind, die Trägerwellen des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz und die Trägerwellen des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung sich nicht gegenseitig stören, so dass eine Druckmessung genau durchgeführt werden kann.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung, wenn die Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung als fr2 definiert ist, seine Gegenresonanzfrequenz als fa2 definiert ist, die Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz als fr3 definiert ist und seine Gegenresonanzfrequenz als fa3 definiert ist, können die Frequenzen so eingestellt werden, dass sie das Folgende erfüllen: fa2 < fr3 (1)oder fa3 < fr2 (2).
  • 14 zeigt ein Beispiel der Resonanzcharakteristiken eines oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung mit einer gepunkteten Linie, und ein Beispiel der Resonanzcharakteristiken von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz mit einer durchgezogenen Linie, wobei die horizontale Achse die Frequenz zeigt (Einheit: MHz) und die vertikale Achse die Einfügungsdämpfung zeigt (Einheit: dB).
  • Die piezoelektrischen Materialien des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung und des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz haben die Resonanzfrequenzen (fr), bei denen die Einfügungsdämpfung minimal wird, und Antiresonanzfrequenzen (fa), bei denen die Einfügungsdämpfung maximal wird, wie im Graph von 14 gezeigt ist, und erfüllen die Beziehung fr < fa. Demnach bedeuten die Formeln (1) und (2), dass die Resonanzfrequenzen und die Antiresonanzfrequenzen so gesetzt werden sollen, dass das Frequenzband (fr2 bis fa2) von der Resonanzfrequenz fr2 bis zur Antiresonanzfrequenz fa2 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das Frequenzband (fr3 bis fa3) von der Resonanzfrequenz fr3 bis zur Antiresonanzfrequenz fa3 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 sich nicht überlappen.
  • Wenn die Resonanzfrequenz fr2 und die Antiresonanzfrequenz fa2 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und die Resonanzfrequenz fr3 und die Antiresonanzfrequenz fa3 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz nicht die Formel (1) oder die Formel (2) erfüllen, d.h. wenn das Frequenzband (fr2 bis fa2) von der Resonanzfrequenz fr2 bis zur Antiresonanzfrequenz fa2 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das Frequenzband (fr3 bis fa3) von der Resonanzfrequenz fr3 bis zur Antiresonanzfrequenz fa3 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz sich überlappen, erscheinen störende leckende oberflächenakustische Wellen von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung in dem Frequenzband von fr2 bis fa2, oder erscheinen störende leckende oberflächenakustische Wellen von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz in dem Frequenzband von fr2 bis fa2, und die Resonanzcharakteristiken von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz sind gestört und eine genaue Druckmessung wird schwierig.
  • Daher ist es bevorzugt, wenn die Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung als fr2 definiert ist, seine Antiresonanzfrequenz als fa2 definiert ist, die Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz als fr3 definiert ist und seine Antiresonanzfrequenz als fa3 definiert ist, dass die Frequenzen so gewählt werden, dass sie fa2 < fr3 oder fa3 < fr2 erfüllen.
  • 14 zeigt die Resonanzcharakteristiken von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz, wenn seine Re sonanzfrequenz (fr3) 314,68 MHz beträgt und seine Antiresonanzfrequenz (fa3) 314,82 MHz beträgt. In diesem Fall ist die Resonanzfrequenz fr2 des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung höher gewählt, als die Antiresonanzfrequenz (fa3 = 314,82 MHz) des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz. Als Beispiel, um ein detailliertes Element des Entwurfs des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung und des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz zu zeigen, wird, wenn ein Kristallsubstrat (ST-geschnittener Kristall, oberflächenakustische Wellengeschwindigkeit V = 3110 m/s, normalisierte Filmstärke (H/λ) = 2%, H: Filmstärke der Elektrode (μm) des metallischen Materials, λ: Wellenlänge (μm)) für das Sensorsubstrat 1 verwendet wird, die Wellenlänge λ2 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung weniger als 9,879 μm und die Breite P2 der Elektrodenfinger von der IDT-Elektrode wird kleiner als 2, 470 μm, sofern die Resonanzfrequenz fr2 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung mehr als 314,82 MHz beträgt. Außerdem, wenn die Resonanzfrequenz fr3 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz gleich 314,68 MHz ist, wird die Wellenlänge λ3 des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz gleich 9,883 μm und die Breite P2 der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode wird gleich 2,471 μm. In diesem Beispiel ist der Fall von fa3 < fr2 beschrieben und ähnlich werden in dem Fall von fa2 < fr3 die Frequenzen so gewählt, dass das Frequenzband (fr2 bis fa2) von der Resonanzfrequenz fr2 zu der Antiresonanzfrequenz fa2 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das Frequenzband (fr3 bis fa3) von der Resonanzfrequenz fr3 bis zur Antiresonanzfrequenz fa3 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz sich nicht überlappen.
  • 15 ist ein Graph, der die Frequenz-Temperatur-Charakteristiken von den oberflächenakustischen Wellenelementen zeigt, wenn ein Kristall- bzw. Quarzsubstrat für das Sensorsubstrat 1 verwendet wird. In 15 zeigt die horizontale Achse die Temperatur (Einheit: Grad C), und die vertikale Achse zeigt die Änderungsrate in der Frequenz (Einheit: ppm).
  • Wenn ein einzelkristallines piezoelektrisches Material verwendet wird, dessen Frequenz-Temperatur-Charakteristiken durch eine quadratische Kurve, repräsentiert durch ein Quarzsubstrat wie es in diesem Graph gezeigt ist, ausgedrückt wird, wenn die Differenz in der Resonanzfrequenz (fr) zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz groß wird, die Differenz zwischen der Umkehrtemperatur von der Frequenz-Temperatur-Charakteristik von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und die Umkehrtemperatur von der Frequenz-Temperatur-Charakteristik von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz groß, und eine genaue Druckmessung wird unmöglich, so dass dies unerwünscht ist.
  • Allgemein ist es so, dass in einem einkristallinen piezoelektrischen Material mit einer Umkehrtemperatur, die Umkehrtemperatur auf der Grundlage von einer Beziehung zwischen dem Schnittwinkel von dem einkristallinen piezoelektrischen Material und der normalisierten Filmstärke (H/λ) von der Filmstärke der Elektrode aus dem metallischen Material zur Bildung der IDT-Elektrode und Ähnlichem abhängt. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen H eine Filmstärke der Elektrode (μm) von dem metallischen Material und λ bezeichnet eine Wellenlänge (μm).
  • Jedoch, wie im Fall der Erfindung, wenn die Resonanzfrequenzen des oberflächenakustischen Wellenelements 2 zur Druckerkennung und des oberflächenakustischen Wellenelements 3 als Referenz voneinander unterschiedlich gemacht werden, wird λ unterschiedlich zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz. Daher ist, wenn die Filmstärke der Elektrode aus dem metallischen Material die gleiche ist, die normalisierte Filmstärke (H/λ) unterschiedlich und die Umkehrtemperatur von der Frequenz-Temperatur-Charakteristik ist auch unterschiedlich. Aus dieser Beziehung ergibt sich, dass wenn die Differenz in der Resonanzfrequenz zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz ansteigt, die Differenz in der normalisierten Filmstärke zwischen diesen auch ansteigt, wodurch im Ergebnis die Differenz zwischen den Umkehrtemperaturen von der Frequenz-Temperatur-Charakteristik von den Elementen auch ansteigt.
  • Daher werden, wenn das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz in der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung gebildet werden, die Resonanzfrequenzen und die Antiresonanzfrequenzen von diesen so gewählt, dass das Frequenzband (fr2 bis fa2) von der Resonanzfrequenz fr2 bis zur Antiresonanzfrequenz fa2 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das Frequenzband (fr3 bis fa3) von der Resonanzfrequenz fr3 bis zur Antiresonanzfrequenz fa3 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz sich nicht überlappen. In dem Fall, wo ein einkristallines piezoelektrisches Material verwendet wird, dessen Frequenz-Temperatur- Charakteristik durch eine quadratische Kurve wie bei einem Quarzsubstrat ausgedrückt wird, werden das erste oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das oberflächenakustische Wellenelement als Referenz so gebildet, dass die Differenz zwischen ihren Umkehrtemperaturen nicht groß wird, beispielsweise innerhalb von +/– 5°C liegt.
  • Wenn die Differenz zwischen den Umkehrtemperaturen größer ist als +/– 5°C, werden aus Frequenz-Temperatur-Änderungen von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz Messfehler bei der Messung eines Drucks, so dass dies unerwünscht ist. Daher, wenn die Differenz zwischen den Umkehrtemperaturen zwischen diesen Elementen +/– 5°C übersteigt, wird die Filmstärke H der Elektrode aus dem metallischen Material mittels einer Technik zum Ätzen von Metallfilmen, wie beispielsweise Plasmaätzen, geätzt, so dass das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz und das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung dieselbe normalisierte Filmstärke (H/λ) haben.
  • Bei dieser Ausführungsform ist das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung auf der unteren Oberflächenseite des Sensorsubstrats 1 gebildet. Es ist jedoch anstelle dessen auch erlaubt, dass das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung auf der oberen Oberflächenseite von dem Sensorsubstrat 1 gebildet ist.
  • Zweite Ausführungsform
  • Nachfolgend wird eine Drucksensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
  • 16(a) bis 16(c) sind Zeichnungen, die eine Drucksensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen. 16(a) ist eine Ansicht von oben und 16(b) und 16(c) sind geschnittene Ansichten.
  • Die Drucksensorvorrichtung, die in diesen Zeichnungen gezeigt ist, weist ein Sensorsubstrat 10 und ein oberflächenakustisches Wellenelement 20 zur Druckerkennung mit einer IDT-Elektrode 21 und Reflektoren 22 auf, die auf der oberen Oberfläche des Sensorsubstrats gebildet sind.
  • Das Sensorsubstrat 10 ist beispielsweise aus einem einzelnen piezoelektrischen Kristall, wie z.B. Quarz, einkristallines Lithiumtantalat, einkristallines Lithiumniobat, einkristallines Lithiumtetraborat oder einer piezoelektrischen Keramik wie z.B. Bleititanat oder Bleizirkonat gemacht. Wenn mittels des oberflächenakustischen Wellenelements 20 zur Druckerkennung eine Spannung auf das Sensorsubstrat 10 gegeben wird, generiert das Sensorsubstrat vorbestimmte oberflächenakustische Wellen auf einer Hauptoberfläche.
  • Das oberflächenakustische Wellenelement 20 zur Druckerkennung ist aus einer IDT-Elektrode 21 aufgebaut, die oberflächenakustische Wellen anregt, aus Reflektoren 22, die auf beiden Seiten der IDT-Elektrode 21 entlang einer Ausbreitungsrichtung von den oberflächenakustischen Wellen angeordnet sind, aus Flächenelektroden 23 für eine externe Verbindung, die elek trisch mit der IDT-Elektrode 21 verbunden wird, usw. Die IDT-Elektrode 21, die Reflektoren 22 und die Flächenelektroden 23 sind aus einem metallischen Material, wie z.B. Aluminium oder aus einer Legierung, die hauptsächlich Aluminium enthält, gemacht.
  • Die IDT-Elektrode 21 ist aus gemeinsamen bandförmigen Elektroden, die parallel zueinander sind, auf gebaut, und ein Paar von kammförmigen Elektroden 21a und 21b mit einer Mehrzahl von Elektrodenfingern, die sich in Richtungen senkrecht zu den gemeinsamen Elektroden erstrecken.
  • Wenn eine vorbestimmte Energie von außen aufgebracht wird, erzeugen die IDT-Elektroden 21 vorbestimmte oberflächenakustische Wellen, die den gegebenen Abständen zwischen den Elektrodenfingern auf der oberen Oberfläche von dem Sensorsubstrat 10 entsprechen, genauer gesagt, oberflächenakustische Wellen, die die eingestellten Abstände zwischen den Elektrodenfingern auf 1/2 Wellenlänge setzen.
  • Auf der anderen Seite schließen die Reflektoren 22 die Energie von den oberflächenakustischen Wellen, die innerhalb der Erzeugungsregion von der IDT-Elektrode 21 zwischen dem Paar der Reflektoren 22a und 22b aus, um wirksam stehende Wellen zu erzeugen.
  • An die Elektrodenflächen, die gebildet sind, um elektrisch mit den IDT-Elektroden 21 verbunden zu werden, sind dünne metallische Drähte und Höcker, die die elektrische Verbindung nach außen machen, angeschlossen, um die Funktion zu erfüllen, dass von außen eine vorbestimmte externe Spannung zu der IDT-Elektrode 21 gelangt.
  • Das oberflächenakustische Wellenelement 30 als Referenz hat dieselbe Konstruktion wie das oben beschriebene oberflächenakustische Wellenelement 20 zur Druckerkennung.
  • Das oberflächenakustische Wellenelement 30 als Referenz ist in einer Distanz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 20 zur Druckerkennung angeordnet, so dass seine Resonanzfrequenz vor und nach einer Druckänderung nicht schwankt. Das oberflächenakustische Wellenelement 30 als Referenz weist eine IDT-Elektrode 31 und Reflektoren 32 auf dem Sensorsubstrat 10 auf, so dass seine Ausbreitungsrichtung der oberflächenakustischen Wellen die gleiche wird wie die des oberflächenakustischen Wellenelements 20 zur Druckerkennung.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist ein nutförmiger konkaver Teilbereich 40 oder 40' in der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats 10 gebildet und unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode 21 positioniert. Die Stärke in diesem Teilbereich wird dünner als in der anderen Region.
  • Insbesondere bei dem konkaven Teilbereich 40 gemäß 16(b) nimmt die Stärke von dem Sensorsubstrat 10, unmittelbar unterhalb des Reflektors 22 positioniert, mit dem Abstand von der IDT-Elektrode 21 stetig zu.
  • Bei dem konkaven Teilbereich 40' gemäß 16(c) ändert sich die Stärke des Sensorsubstrats 10 schrittweise unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode 21 und den Reflektoren 22.
  • Eine solche Drucksensorvorrichtung wird mittels der folgenden Methode gefertigt.
  • Zunächst wird eine Hauptplatine (Wafer) aus einem piezoelektrischen Einkristall vorbereitet, und wird ein Elektrodenfilm auf dem Wafer mittels Dampfbeschichtung oder Sputtern gebildet. Als nächstes wird ein Abdecklack mittels einer Kreiselbeschichtung auf diesen Elektrodenfilm aufgetragen und belichtet und entwickelt mit einer Schrittvorrichtung oder etwas Ähnlichem, und dann geätzt unter Verwendung einer RIE-Vorrichtung (reaktives Ionenätzen, reactive ion etching), um eine Elektrodenstruktur von den IDTs und Reflektoren auf dem Wafer zu erzeugen. Dadurch wird eine Anzahl von oberflächenakustischen Wellenelementen 20 zur Druckerkennung und oberflächenakustischen Wellenelementen 30 als Referenz in Länge und Breite auf der Oberfläche des Wafers gebildet.
  • Als nächstes wird der Wafer an einem Schneideband (dicing tape) befestigt, indem die Oberfläche zur Bildung der Elektroden von den oberflächenakustischen Wellenelementen nach unten gedreht wird. In diesem Zustand wird Ätzen oder Sandstrahlen angewendet, so dass die Stärke von dem Sensorsubstrat 10, das sich unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode 21 befindet, dünner wird als die andere Region. Danach wird der Wafer geschnitten (dicing-cut), wodurch die Teile der Drucksensorvorrichtung fertiggestellt werden.
  • Die Chipgröße von der Drucksensorvorrichtung ist 10 mm × 5 mm × 0,3 mm (Länge × Breite × Dicke), wenn sie bei einer Resonanzfrequenz von ungefähr 300 MHz verwendet wird, obwohl die Größe von der Resonanzfrequenz des Resonators abhängt.
  • Die Stärke von dem Sensorsubstrat 10 unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode 21 wird bestimmt auf der Grundlage der Beziehung zwischen der gewünschten Empfindlichkeit des Sensors und der Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 20 zur Druckerkennung. Genauer gesagt wird die Dicke vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10 μm und 100 μm gewählt. Wenn die Stärke gleich oder kleiner als 10 μm ist, reduziert sich die Stärke des Sensorsubstrats 10 und Probleme wie Risse treten in diesem Teilbereich eher auf. Wenn die Stärke gleich oder größer als 100 μm ist, ist der Betrag der Verformung, die sich durch einen Druck ergibt, reduziert und die Empfindlichkeit sinkt.
  • 17 sind Zeichnungen von der Drucksensorvorrichtung gemäß der in 16(b) gezeigten Erfindung, die auf dem Trägersubstrat 6 befestigt ist. 17(a) ist eine Ansicht von oben, 17(b) ist eine geschnittene Ansicht entlang der Linie X-X aus 17(a), 17(c) ist eine Ansicht von oben auf die Drucksensorvorrichtung und 17(d) ist eine Ansicht von oben auf das Trägersubstrat 6. Bei dieser Drucksensorvorrichtung ist das oberflächenakustische Wellenelement 30 als Referenz nicht gezeigt.
  • In den 17 sind an den Endspitzen der Flächenelektroden 23, die mit der IDT-Elektrode 21 verbunden sind, Höckerelektroden 61 gebildet. Die Höckerelektroden 61 sind mit den Höckerelektroden 61, die auf dem Trägersubstrat 60 gebildet sind, mit Lötzinnhöckern 62 elektrisch verbunden.
  • Ein Harz verschließt den Bereich zwischen dem Sensorsubstrat 10 und dem Trägersubstrat 6 hermetisch. Ein Damm zur Vermeidung eines Einfließens von dem Harz ist zwischen den Lötzinnhöckern 62 und dem Harz gebildet. Der Bereich zwischen dem Sensorsubstrat 10 und dem Trägersubstrat 6 wird auf atmosphärischem Druck gehalten und hermetisch verschlossen.
  • Als nächstes wird die Arbeitsweise und die tatsächliche Methode des Druckmessens von dem oberflächenakustischen Wellenelement 20 zur Druckerkennung gemäß den 17 beschrieben.
  • 18 ist eine schematische Darstellung eines tatsächlichen Systems zur Druckmessung. In dieser Figur wird die Drucksensorvorrichtung mit Druck beaufschlagt, indem Stickstoff aus einem Stickstoffzylinder 91 in eine Gaskammer 90 eingebracht wird. Dann wird eine Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements 20 zur Druckerkennung mit einem Netzwerkanalysator 93 gemessen, während der Druckanstieg mit einer Druckanzeige 92 geprüft wird.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der 17 sind die Resonanzcharakteristiken vor der Druckschwankung (Zustand bei atmosphärischem Druck) und nach der Druckschwankung (Zustand unter Druck) in 19 gezeigt. Die vertikale Achse von 19 zeigt die Einfügungsdämpfung (dB) und die horizontale Achse zeigt die Frequenz (MHz).
  • Bei diesem Element wurde als ein Resonator ein oberflächenakustischer Wellenresonator (Resonanzfrequenz: 315,0 MHz) für RKE (Remote Keyless Entry Security, schlüssellose Zugangssicherheit aus der Ferne) verwendet.
  • Hierbei sind die Resonanzcharakteristiken vor der Druckschwankung (Zustand bei atmosphärischem Druck) in 19 mit einer gepunkteten Linie gezeigt, und die Resonanzcharakteristiken nach der Druckschwankung (Zustand unter Druck) von einer durchgezogenen Linie dargestellt.
  • Wie man 19 entnehmen kann, wenn man die Resonanzcharakteristiken vor und nach der Druckschwankung vergleicht, hat sich die Resonanzcharakteristik nach der Druckänderung (Zustand unter Druck) in Richtung der Seite einer niedrigeren Frequenz verschoben. Dies liegt daran, dass die IDT-Elektrode 21 von dem oberflächenakustischen Wellenelement 20 zur Druckerkennung in eine konvexe Form verformt wird auf Grund der Druckschwankung. Genauer gesagt, wurde die Wellenlänge, die durch den Abstand (pitch) bei der IDT-Elektrode 21 auf Grund der Verformung der IDT-Elektrode 21 bestimmt ist, größer, und die Resonanzfrequenz, die reziprok zu der Wellenlänge ist, verlagerte sich auf die Seite der niedrigeren Frequenz.
  • Indem man die Beziehung zwischen der Änderung der Resonanzfrequenz und dem Druck im Vorfeld berechnet, kann der Druck errechnet werden, indem man die Änderung der Resonanzfrequenz misst und umrechnet.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Einfügungsdämpfung von der Resonanzfre quenz nicht die Resonanzcharakteristiken nach der Druckschwankung (Zustand unter Druck) von dem oberflächenakustischen Wellenelement 20 zur Druckerkennung verschlechtert, wie die durchgezogene Linie in 19 zeigt.
  • Als nächstes sind in 20 die Resonanzcharakteristiken vor der Druckschwankung (Zustand bei atmosphärischem Druck) und nach der Schwankung (Zustand unter Druck) von einem Aufbau einer Drucksensorvorrichtung (16(c)) gezeigt, so dass die Stärke von dem Sensorsubstrat 10 sich schrittweise zwischen den Teilbereichen unmittelbar unterhalb der Reflektoren 22 und dem anderen Bereich ändert, wie in 20 gezeigt ist.
  • Die Resonanzcharakteristiken, die in der 20 mit einer gepunkteten Linie gezeigt sind, sind vor der Druckschwankung (Zustand bei atmosphärischem Druck) und die Resonanzcharakteristiken, die mit einer durchgezogenen Linie gezeigt sind, sind nach der Druckschwankung (Zustand unter Druck). Wie in 20 gezeigt, ist die Resonanzfrequenz, bei einem Vergleich der Resonanzcharakteristiken vor und nach der Druckänderung, bei der Resonanzcharakteristik nach der Druckschwankung (Zustand unter Druck), zu der Seite der niedrigeren Frequenz verschoben. Dies liegt daran, dass die IDT-Elektrode 21 des oberflächenakustischen Wellenelements 20 zur Druckerkennung in eine konvexe Form verformt wurde auf Grund der Druckschwankung. Genauer gesagt, die Wellenlänge, die durch den Abstand (pitch) bei der IDT-Elektrode 21 bestimmt ist, ist auf Grund der Verformung der IDT-Elektrode 21 angestiegen, und die Resonanzfrequenz, die reziprok zu der Wellenlänge ist, hat sich zur Seite der niedrigeren Frequenz verschoben.
  • Indem man die Beziehung zwischen der Änderung der Resonanzfrequenz und dem Druck im Voraus berechnet, kann der Druck berechnet werden, indem man die Änderung der Resonanzfrequenz misst und umrechnet.
  • Der Drucksensor gemäß der Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass die Änderung der Resonanzfrequenz vor und nach der Druckschwankung groß ist, wie in 20 gezeigt ist.
  • Wie man den Resultaten des Experiments entnehmen kann, wird bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung die Stärke von dem Sensorsubstrat 10, das unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode 21 des oberflächenakustischen Wellenelements 20 zur Druckerkennung angeordnet ist, dünner gemacht als die Stärke von dem Sensorsubstrat 10, das unmittelbar unterhalb des Reflektors 20 positioniert ist, so dass der Grad der Verformung des Sensorsubstrats 10, der unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode 21 positioniert ist, auf Grund der Druckschwankung vergrößert werden kann und die Änderung der Resonanzfrequenz vor und nach der Druckschwankung vergrößert werden kann, wodurch man einen Drucksensor mit einer hohen Empfindlichkeit erhält.
  • Insbesondere, indem man die Stärke des Sensorsubstrats 10 mit der Distanz von der IDT-Elektrode 21 stetig erhöht, folgen die Reflektoren 22 auf beiden Seiten der IDT-Elektrode 21 der Verformung von der IDT-Elektrode auf Grund der Druckschwankung, so dass die Effizienz der Reflexion von den Reflektoren 22 durch die Druckschwankung nicht reduziert wird. Es können Resonanzcharakteristiken erzielt werden, die einen großen Effekt hinsichtlich der Energieeinschließung von oberflächenakustischen Wellen innerhalb des oberflächenakustischen Wellenele ments 20 zur Druckerkennung mit einem geringeren Verlust bewirken.
  • Zu der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Erfindung auf einen oberflächenakustischen Wellenresonator mit einem Anschlusspaar angewendet wird. Die Erfindung ist auch anwendbar auf einen Resonator oder Filter, der eine Entwurfsmethode verwendet, die einen ähnlichen Eingrenzungseffekt für die Energie der oberflächenakustischen Wellen wie bei der Erfindung verwendet. Die Erfindung ist auch auf einen Resonator mit zwei Anschlusspaaren und auf einen Filter mit mehreren Moden (multimode filter) anwendbar.
  • Dritte Ausführungsform
  • Nachfolgend wird eine Drucksensorvorrichtung, die sich auf eine dritte Ausführungsform gemäß der Erfindung bezieht, im Detail beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungen.
  • 21 ist eine geschnittene Ansicht von der Drucksensorvorrichtung, 22 ist eine Draufsicht, die die untere Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 zeigt, das für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird, und 23 ist eine Draufsicht, die die obere Oberfläche von einem Trägersubstrat 6 zeigt, das für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird.
  • 24 ist ein Schaltbild, das den elektrischen Aufbau von Oszillationsschaltkreisen und einem Schaltkreis zur Differenzerzeugung von der Drucksensorvorrichtung zeigt.
  • Die Drucksensorvorrichtung weist im Wesentlichen das Sensorsubstrat 1, das Trägersubstrat 6, ein elektronisches Teilelement 50 und ein Dichtelement 4 auf.
  • Bei dem Sensorsubstrat 1 verformt sich das Sensorteil 11 gemäß einem Druck, der auf das Sensorsubstrat 1 wirkt, um eine Druckschwankung zu erkennen.
  • Auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats 1 sind das Sensorteil 11, Elektrodenflächen 7 und herausgeführte Elektroden 71, die das Sensorteil 11 und die Elektrodenflächen 7 verbinden, gebildet. Um das Sensorteil 11, die Elektrodenflächen 7 und um die herausgeführten Elektroden 71 ist eine Verbindungsstelle 8 angeordnet, um die genannten Elemente zu umschließen, und an dieser Verbindungsstelle 8 ist das Dichtelement 4 angefügt.
  • Als Material für das Sensorsubstrat 1 wird vorzugsweise ein Material verwendet, das integral mit dem Sensorteil 11 gebildet werden kann und sich vergleichsweise einfach verformt, wenn es einen Druck von außen erhält, z.B. wird vorzugsweise ein piezoelektrisches Material, wie beispielsweise Quarz, Lithiumniobat oder Lithiumtantalat.
  • Das Sensorteil 11 ist aus einem oberflächenakustischen Wellenresonator 2 mit IDT-Elektroden 2a und einem Paar von Reflektorelektroden 2b, die auf beiden Seiten in der Ausbreitungsrichtung der oberflächenakustischen Wellen von den IDT-Elektroden 2a gebildet sind. Die IDT-Elektroden 2a sind mit den Elektrodenflächen 7 über die herausgeführten Elektroden 71 verbunden.
  • Die IDT-Elektroden 2a und die Reflektorelektroden 2b sind mit einer Stärke von ungefähr 2000 Angström mittels Strukturbildung aus einem metallischen Material wie z.B. Aluminium oder Gold mit Mitteln einer konventionellen Technik des Bildens von dünnen Filmen, wie z.B. Sputtern, Dampfablagerung oder Photolithographie gebildet.
  • Die Elektrodenflächen 7 und die herausgeführten Elektroden 71 werden auch durch Strukturbildung von einem metallischen Material, wie beispielsweise Aluminium oder Gold, mittels einer Technik zur Bildung von dünnen Filmen oder Photolithographie gebildet, ähnlich zu der zuvor genannten IDT-Elektrode 2a oder etwas Ähnlichem, gebildet. Es ist bevorzugt, dass die Elektrodenflächen 7 mit einer dicken Filmstärke ausgebildet werden, um die Adhäsionsstärke an der Basis zu verbessern. Des Weiteren werden Cr-, Ni- oder Au-Beschichtung auf die Oberfläche angewendet, um die Güte der Verbindung mit den leitenden Verbindungselementen 70 zu verbessern.
  • Auf der anderen Seite ist es für die für das Trägersubstrat 6 benötigten Charakteristiken wichtig, dass das Trägersubstrat eine ausreichende Stärke hat, so dass es sich nicht auf Grund eines externen Drucks verformt, und das als Material daher, beispielsweise eine mehrlagige Platine unter Verwendung eines keramischen Materials, wie beispielsweise ein glaskeramisches Material verwendet wird.
  • Auf der oberen Oberfläche von diesem Trägersubstrat 6 ist ein elektronisches Teilelement 50 befestigt und Verbindungsflächen 53 sind gebildet, die mit den Elektrodenflächen 7 mittels der leitenden Verbindungselemente 70 verbunden werden. Die Verbindungsflächen 53 sind elektrisch mit dem elektronischen Teilelement 50 verbunden mittels eines Teils einer internen elektrischen Verbindungsstruktur 24, die auf der Oberfläche oder innerhalb des Trägersubstrats 6 gebildet ist. Daher sind das oberflächenakustische Wellenelement 2 und das elektronische Teilelement 50 somit elektrisch miteinander verbunden.
  • Um das elektronische Teilelement 50 und die Verbindungsflächen 53 ist eine Verbindungsstelle 9 angeordnet, so dass sie der zuvor genannten Verbindungsstelle 9 zugewandt ist, und das Dichtelement 4 ist an diese Verbindung 9 angefügt. Daher kann auf der Innenseite der Verbindungsstelle 8 und 9 ein abgedichteter Raum S gebildet werden, der von der unteren Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1, der oberen Oberfläche von dem Trägersubstrat 9 und von dem Dichtelement 4 umgeben ist.
  • Des Weiteren sind auf der unteren Oberfläche von dem Trägersubstrat 9 eine Mehrzahl von externen Anschlusselektroden 23 gebildet. Diese externen Anschlusselektroden 23 sind mit einer elektrischen Verbindungsstruktur von einer externen Platine verbunden, auf der diese Drucksensorvorrichtung befestigt ist. Die externen Anschlusselektroden 23 sind elektrisch mit dem elektronischen Teilelement 50 verbunden und die Anschlussflächen 53, etc. auf der oberen Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 über die interne elektrische Verbindungsstruktur 24 und die Durchgangslochleiter 25 von dem Trägersubstrat 6.
  • Die leitenden Verbindungselemente 70 sind beispielsweise aus Lötzinn oder Leitpaste gemacht, und es verbindet die IDT-Elektrode 2a von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 und das elektronische Teilelement 50, indem die Elektrodenflächen von dem Sensorsubstrat 1 und die Verbindungsflächen 53 von dem Trägersubstrat 6 verbunden werden.
  • Das Trägersubstrat 6 wird hergestellt, genauer gesagt, durch Laminieren und Zusammenfügen unter Druck von einer Mehrzahl von Rohfolien (green sheets), auf denen die Verbindungsflächen 53, die externen Anschlusselektroden 23, die interne Verbindungsstruktur 24 und die Verbindungspaste, um die Durchgangslochleiter 25 zu erzeugen, gedruckt und aufgebracht werden, und insgesamt erhitzt werden.
  • Vorzugsweise wird auf die Oberflächen der Verbindungsflächen 23 und auf die externen Anschlusselektroden 23 eine Beschichtung aus Cr, Ni, Sn, Au oder etwas Ähnlichem wie benötigt, aufgebracht. Dadurch kann die Verbindungsgüte von den Verbindungsflächen 53 und den externen Anschlusselektroden 23 sehr gut gemacht werden.
  • Das Dichtelement 4, das zwischen dem Sensorsubstrat 1 und dem Trägersubstrat 6 angeordnet wird, ist beispielsweise aus einem Harz oder einem metallischen Material gemacht und umschließt das oberflächenakustische Wellenelement 2 und das elektronische Teilelement 50 und verbindet die Verbindungsstelle 8 von dem Sensorsubstrat 1 und die Verbindungsstelle 9 von dem Trägersubstrat 6. Daher sind innerhalb des abgeschlossenen Raums S, der von dem Sensorsubstrat 1, dem Trägersubstrat 6 und dem Dichtelement 4 umgeben ist, die IDT-Elektroden 2a, die Reflektorelektroden 2b, das elektronische Teilelement 50 usw. hermetisch verschlossen. Dann wird der abgedichtete Raum S mit einem Inertgas, wie beispielsweise Stickstoffgas oder Argongas, gefüllt, wodurch die Oxidationskorrosion von der IDT-Elektrode 2a, der Reflektorelektrode 2b, des elektronischen Teilelements 50 usw., die in dem abgedichteten Raum S angeordnet sind, wirksam verhindert wird.
  • Bei so einem Dichtelement 4 werden, wenn ein leitendes Material wie Lötzinn verwendet wird, leitende Abdichtungselektroden an den Teilbereichen von der Verbindungsstelle 8 und der Verbindungsstelle 9, an denen das Dichtelement 4 anliegt, gebildet, so dass durch ein elektrisches Verbinden der Dichtungselektroden mit den Erdungsanschlüssen (externe Anschlusselektroden 23, die mit Anschlüssen eines Erdungspotenzials von einer externen Platine verbunden werden) auf der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 6, das Dichtelement 4 auf einem Erdpotenzial während des Betriebs der Drucksensorvorrichtung gehalten wird, so dass ein Abschirmeffekt durch das Dichtelement 4 erwartet werden kann. Unerwünschte externe Störungen können gut durch das Dichtelement 4 reduziert werden.
  • Wenn ein leitendes Harz für das Dichtelement 4 verwendet wird, ist auch ein Abschirmeffekt zu erwarten, indem es auf dem Erdpotenzial gehalten wird.
  • Das Material und die Fertigungsmethode für die Abdichtungselektrode, die an der Verbindungsstelle 8 ausgebildet ist, sind dieselben wie für die Elektrodenfläche 7 und das Material und die Herstellungsmethode für die Dichtungselektrode, die an der Verbindungsstelle 9 gebildet ist, sind dieselben wie die für die Verbindungsfläche 53.
  • Das elektronische Teilelement 50 ist beispielsweise von einem IC-Baustein 51 gebildet, der Oszillationsschaltkreise und einen Schaltkreis zur Differenzerzeugung und einen Leistungsverstärker 52 integriert.
  • 24 ist ein detailliertes Schaltbild von einem Übertragungsschaltkreis 60. Dieser Übertragungsschaltkreis 60 weist Oszillationsschaltkreise 60a und 60b und einen Schaltkreis zur Differenzerzeugung 60c auf. Bei diesem Schaltkreis sind Transistoren, Widerstände, Spulen, Kondensatoren und oberflächenakustische Wellenelemente 2 und 3 geeignet angeordnet gemäß den Bedingungen der Oszillationsfrequenzen.
  • Zuerst wird der Oszillationsschwingkreis 60a des oberflächenakustischen Wellenelements 2 aufgebaut und eine Oszillationsstufe mit einem Oszillationstransistor, Kondensatoren und Kapazitäten, die die Oszillationsbedingungen einstellen, die die Oszillation auf der Basis von einem Ausgangssignal von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 ermöglichen.
  • Der Oszillationsschaltkreis 60b wird von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 aufgebaut und eine Oszillationsstufe mit einem Oszillationstransistor, Kondensatoren und Widerständen, die die Oszillationsbedingungen anpassen, die eine Oszillation auf der Grundlage eines Ausgangssignals von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 ermöglichen.
  • Der Schaltkreis zur Differenzerzeugung 60c integriert beispielsweise einen Vergleicher, Betriebsmittel und Speichermittel. Ein Ausgangssignal von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2, das man von dem Oszillationsschaltkreis 60a erhält, und ein Ausgangssignal von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3, das man von dem Oszillationsschaltkreis 60b erhält, werden verglichen und in Bezug zueinander gesetzt mittels eines Komparators. Die Daten werden von dem Verarbeitungsteil verarbeitet, um ein Druckerkennungssignal aufzubereiten.
  • Des Weiteren führt das Verarbeitungsteil auch die Funktion aus, das Druckerkennungssignal zu Trägerwellen zu synthetisieren, die als Radiowellen nach außen übertragen werden, und ein hochfrequentes Signal zu erzeugen.
  • In dem Schaltkreis zur Differenzerzeugung 60c werden das Ausgangssignal von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Erkennung und das Ausgangssignal von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz mittels eines Vergleichers verglichen. Es ist jedoch auch erlaubt, dass ein Druckerkennungssignal gewonnen wird, mittels eines Mixers und eines Bandpass-Filters auf der Grundlage der zwei Ausgangssignale von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Erkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz.
  • In der oben beschriebenen Schaltung werden die Trägerwellen für die Radioübertragung auf der Grundlage von dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz auf der Referenzseite zur Druckerkennung erzeugt. Es kann jedoch auch, abgesehen davon, dass der Oszillationsschaltkreis das oberflächenakustische Wellenelement 3 als Referenz aufweist, ein Oszillationsschaltkreis zur Erzeugung der Trägerwellen separat angeordnet werden.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, verformt sich das Sensorteil 11, d.h. das oberflächenakustische Wellenelement 2, gemäß einem von außen aufgebrachten externen Druck auf das Sensorsubstrat 1. Im Ergebnis bedeutet dies, dass sich die elastische Konstante von dem piezoelektrischen Material bei dem verformten Teilbereich ändert und dass sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der oberflächenakustischen Welle ändert. In der IDT-Elektrode 2a von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2, ändert sich das Intervall d der Elektrodenfinger, wie in 25 gezeigt, und auf Grund dieser Vorgänge ändert sich die Resonanzfrequenz von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2. Dadurch ändern sich die Oszillationsfrequenzen von den Oszillationsschaltkreisen 60a und 60b auch, so dass die Druckschwankung, die auf das Sensorsubstrat 1 einwirkt, schließlich als eine Änderung der Oszillationsfrequenz detektiert wird.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, sind das Sensorteil 11 und das elektronische Teilelement 50 in einem abgedichteten Raum S angeordnet, der von dem Sensorsubstrat 1, dem Trägersubstrat 6 und dem Dichtelement 4 umgeben ist, so dass sie selten durch die externe Umgebung beeinflusst werden, wodurch sich die Zuverlässigkeit verbessert.
  • Es ist nicht notwendig, den Bereich zur Befestigung des elektronischen Teilelements 50 außerhalb des abgedichteten Raums S separat abzusichern, so dass der gesamte Aufbau der Drucksensorvorrichtung verkleinert werden kann. Dies trägt zur Befestigung mit einer hohen Dichte und zur Kostenreduzierung bei.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel einer Drucksensorvorrichtung mit Bezug auf 26 beschrieben, bei der ein Antennenelement hinzugefügt ist.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung, die in dieser Figur gezeigt ist, ist ein Antennenelement 81 auf dem Trägersubstrat 6 befestigt. Das Antennenelement 81 ist auf dem Trägersubstrat 6 durch Löten oder etwas Vergleichbarem befestigt.
  • Mittels dieses Antennenelements 81 kann ein hochfrequentes Signal mit einer vorbestimmten Frequenz, das von dem Übertragungsschaltkreis 60 ausgegeben wird, als Radiowellen an eine andere Empfangseinrichtung übertragenn.
  • Für das Antennenelement 81 wird beispielsweise eine Chip-Antenne des Typs zur Oberflächenbefestigung unter Verwendung einer dielektrischen Keramik verwendet.
  • Das Antennenelement 81 ist mit dem Ausgangsanschluss 62 von dem Übertragungsschaltkreis 60, der in 24 gezeigt ist, über einen Leistungsverstärker 52 verbunden. Wenn die Übertragungsleistung klein sein darf, kann das Antennenelement 81 direkt an den Ausgangsanschluss 62 des Übertragungsschaltkreises 60 angeschlossen werden.
  • Vorzugsweise wird das Antennenelement 81 außerhalb des abgedichteten Raums S angeordnet, der von dem Dichtelement 4 gemacht wird, wie es in 26 gezeigt ist. Dadurch lässt sich eine Interferenz der Radiowellen zwischen dem Antennenelement 81 und dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 und dem elektronischen Teilelement 50 innerhalb des abgedichteten Raums S vermeiden, und das hochfrequente Signal kann mittels Radiowellen fast ohne jede Dämpfung übertragen werden.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung 80 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform, kann die Zuverlässigkeit erhöht werden und der gesamte Aufbau in der Größe reduziert werden, indem das oberflächenakustische Wellenelement 2 von dem Sensorteil 11 und das elektronische Teilelement 50 von dem Übertragungsschaltkreis 60, etc. vor der externen Umgebung geschützt wird.
  • Als Nächstes wird eine Drucksensorvorrichtung unter Bezug auf 27 beschrieben, bei der eine oberflächenakustische Wellenverzögerungsleitung als das oberflächenakustische Wellenelement 2 verwendet wird. 27 ist eine Draufsicht auf die untere Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1, das für den Drucksensor gemäß dieses Ausführungsbeispiels verwendet wird.
  • Der Unterschied zwischen der Drucksensorvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel von der Drucksensorvorrichtung gemäß der 21 und 22 kann an dem Punkt festgemacht werden, dass das oberflächenakustische Wellenelement 2 von dem Sensorteil 11 aus einem Paar von IDT-Elektroden 2a aufgebaut ist, die auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats 1 angeordnet und dabei von einander beabstandet sind, und dass der Ausbreitungsweg 2c der oberflächenakustischen Wellen zwischen den IDT-Elektroden liegt.
  • Auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats 1 sind auf beiden Seiten des oberflächenakustischen Wellenelements 2, genauer gesagt, auf beiden Seiten in der Ausbreitungsrichtung der oberflächenakustischen Wellen, Dämpfungselemente 17 ange ordnet, die aus Siliziumharz oder etwas Ähnlichem gemacht sind und die die oberflächenakustischen Wellen dämpfen und verhindern, dass die oberflächenakustischen Wellen an den Enden von dem Sensorsubstrat 1 reflektiert werden.
  • Indem eine solche oberflächenakustische Wellenverzögerungsleitung verwendet wird, kann ein Oszillationsschaltkreis aufgebaut werden, der bei einer Frequenz oszilliert, die mit einer Verzögerungszeit eines elektrischen Signals korrespondiert, die auf Grund der oberflächenakustischen Wellenverzögerungsleitung entsteht.
  • Wenn ein Druck von außen auf das Sensorsubstrat 1 von oben wirkt und eine Belastung auf den Ausbreitungsweg 2c der oberflächenakustischen Wellen von dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 von dem Sensorteil 11 ausgeübt wird, wird der Ausbreitungsweg 2c verzerrt. Auf Grund der Änderung der elastischen Konstante ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der oberflächenakustischen Welle und ändert sich die Länge des Ausbreitungswegs 2c der oberflächenakustischen Wellen. Auf Grund dieser Vorgänge ändert sich die Verzögerungszeit des elektrischen Signals und damit ändern sich auch das oberflächenakustische Wellenelement 2 und eine Oszillationsfrequenz von dem Oszillationsschaltkreis, der mit dem oberflächenakustischen Wellenelement verbunden ist. Daher dient die Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform auch als ein Element zur Druckerkennung ähnlich wie die zuvor genannte Drucksensorvorrichtung.
  • Außerdem, wie es in 28 gezeigt ist, ist es auch möglich, dass eine Antennenstruktur 82 beispielsweise als eine mäanderförmige Leiterstruktur geformt sein kann, anstelle von dem Antennenelement 81. Selbst in diesem Fall, wenn man die Antennenstruktur 82 verwendet, ist es bevorzugt, dass die Antennenstruktur 82 außerhalb des abgedichteten Raums S angeordnet wird, der von dem Dichtelement 4 gebildet wird, um eine Dämpfung bei der Übertragung mittels Radiowellen zu verhindern.
  • In der Ausführungsform von 26 bis 28 sind das Antennenelement 81 und die Antennenstruktur 82 auf dem Trägersubstrat 6 angeordnet, und selbstverständlich können diese Antennen auf dem Sensorsubstrat 1 angeordnet werden.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel gezeigt, bei dem in der oberen Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 eine Ausnehmung mit einem konkaven Querschnitt gebildet ist gemäß der Größe des elektronischen Teilelements 50. Das elektronische Teilelement 50 ist so befestigt, dass ein Teil davon oder die Gesamtheit von dem elektronischen Teilelement 50 in die Ausnehmung eingebettet wird, wie noch beschrieben wird.
  • 29 ist eine geschnittene Ansicht von einer Ausführungsform, bei der ein konkaver Teilbereich 80a in dem Trägersubstrat 6 gebildet ist und das elektronische Teilelement 50 in dem konkaven Teilbereich 80a installiert ist.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist der konkave Teilbereich 80a, in den das elektronische Teilelement 50 eingebettet ist, in der oberen Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 angeordnet, und das elektronische Teilelement 50 ist in dem konkaven Teilbereich 80a installiert.
  • Gemäß diesem Aufbau, selbst wenn das elektronische Teilelement 50 ein großes Teil ist, ist es in den konkaven Teilbereich 80a von dem Trägersubstrat 6 eingebettet, so dass, wenn das Sensorsubstrat 1 auf dem Trägersubstrat 6 befestigt wird, der Abstand zwischen dem Sensorsubstrat 1 und dem Trägersubstrat 6 frei gewählt werden kann, ohne dass die Stärke von dem elektronischen Teilelement 50 berücksichtigt wird. Dadurch kann der Freiheitsgrad bei dem Entwurf von dem Drucksensor 1 erhöht werden. Außerdem wird die Bearbeitbarkeit der Baugruppe verbessert und die Produktivität von dem Drucksensor 1 kann auf einem hohen Level gehalten werden.
  • Des Weiteren ist das elektronische Teilelement 50 auch in dem abgedichteten Raum S eingeschlossen, in dem das Sensorteil 11 eingeschlossen ist, so dass das elektronische Teilelement 50 gut geschützt ist.
  • Indem das Sensorteil 11 und das elektronische Teilelement 50 nahe bei einander angeordnet sind, kann des Weiteren die elektrische Verbindung, die diese verbindet, verkürzt werden und der Einfluss von elektromagnetischer Störung wird minimiert. Ein fehlerhafter Betrieb und eine Reduzierung der Messgenauigkeit können so wirksam verhindert werden. Außerdem wird die Befestigungsoberfläche (Unterseite von dem konkaven Teilbereich 80a) von dem elektronischen Teilelement 50 durch eine externe Druckschwankung kaum verformt, und das elektronische Teilelement 50 kann in einem sehr stabilen Zustand befestigt werden.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der konkave Teilbereich 80a, in dem das elektronische Teilelement 50 einge bettet ist, in der oberen Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 gebildet. Anstelle dessen ist es jedoch auch erlaubt, dass der konkave Teilbereich 80a, in den das elektronische Teilelement 50 eingebettet ist, in der unteren Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 gebildet ist.
  • Außerdem ist es bei der oben beschriebenen Ausführungsform so, dass das elektronische Teilelement 50 vollständig in dem konkaven Teilbereich 80a eingebettet ist. Anstelle dessen ist es jedoch auch möglich, dass das elektronische Teilelement 50 teilweise in dem konkaven Teilbereich 80a eingebettet ist, so dass ein Teil von dem elektronischen Teilelement aus der Öffnung von dem konkaven Teilbereich 80a hervorsteht.
  • Als Nächstes wird unter Bezug auf die Zeichnungen eine Drucksensorvorrichtung beschrieben, die gebildet ist, indem ein Beschleunigungssensor zu der oben beschriebenen Drucksensorvorrichtung hinzugefügt wird, im Detail beschrieben.
  • 30 ist eine geschnittene Ansicht von einer Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor.
  • Die Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor, die in der Figur gezeigt ist, ist hauptsächlich aus einem Trägersubstrat 6 aufgebaut, auf dem ein elektronisches Teilelement 50 befestigt ist, einem Sensorsubstrat 1, auf dem ein Sensorteil 11 und ein Element zur Beschleunigungserkennung 41 befestigt sind, ein Dichtelement 4 usw.
  • Bei dieser Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor ist eine Endseite 56 von dem Sensorsubstrat 1 wei ter nach außen verlängert, als eine Region zur Druckerkennung, und auf der unteren Oberfläche von diesem erweiterten Teilbereich 56, ist das Element zur Beschleunigungserkennung 41 gebildet.
  • Bei diesem Element zur Beschleunigungserkennung 41 verformt sich das Element zur Beschleunigungserkennung 41 bei Einwirkung einer Bescheunigung G, wodurch die Beschleunigung erkannt wird.
  • Das Element 41 zur Beschleunigungserkennung 41 kann aus einer IDT-Elektrode 2a aufgebaut sein und aus einem Paar von Reflektoren, die auf beiden Seiten von einer Ausbreitungsrichtung der oberflächenakustischen Wellen gebildet sind, ähnlich zu dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung.
  • 31 ist eine Draufsicht auf die untere Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1, auf dem das Element zur Beschleunigungserkennung 41 mit einem Aufbau von einem oberflächenakustischen Wellenresonator befestigt ist.
  • Die IDT-Elektrode 2a ist mit der Elektrodenfläche 67 über die herausgeführte Elektrode 72 verbunden, wie es in 30 und 31 gezeigt ist. Die Elektrodenfläche 67 ist mit der Verbindungsfläche 68 auf dem Trägersubstrat 6 mittels der leitenden Verbindungselemente 69 elektrisch verbunden. Die Elektrodenflächen 67 und die herausgeführten Elektroden 72 erhält man durch das Formen einer Struktur aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Aluminium oder Gold, indem eine Technik zur Bildung dünner Filme oder Photolithographie anwen det, ähnlich wie bei den Elektrodenflächen 7 und den herausgeführten Elektroden 71, die wie oben beschrieben um das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung herum gebildet sind.
  • Außerdem kann die Empfindlichkeit der Erkennung einer Beschleunigung G verbessert werden, indem ein Gewicht 73 auf der Endspitze von dem Element 41 zur Beschleunigungserkennung gebildet wird. Das Gewicht 73 wird gebildet, indem eine Scheibe oder ein Laminat, das beispielsweise aus einem Metall oder einer Keramik gemacht ist, an dem Ende von dem erweiterten Bereich 56 mittels eines Klebers befestigt.
  • Wenn das Element 41 zur Beschleunigungserkennung aus einem oberflächenakustischen Wellenelement, wie oben beschrieben, gebildet ist, ist es bevorzugt, dass eine Umschließung 97 angeordnet ist, um das oberflächenakustische Wellenelement hermetisch abzuschließen. Dadurch wird eine Oxidationskorrosion von der IDT-Elektrode 2a verhindert.
  • Die Breite w2 von der kürzeren Seite von dem erweiterten Teilbereich 56 kann frei gewählt werden. Indem die Breite w2 von der kürzeren Seite von dem erweiterten Teilbereich 56 schmaler gewählt wird als die Breite w1 von dem Teilbereich von dem Sensorsubstrat 1, wo das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung gebildet ist, lässt sich der erweiterte Teilbereich 56 leichter verformen gemäß einer Einwirkung einer Beschleunigung, und die Empfindlichkeit der Beschleunigungserkennung kann vorteilhafterweise verbessert werden. Außerdem, wenn man die Breite w2 von der kürzeren Seite von dem erweiterten Teilbereich 56 und die Breite w1 von dem Teilbe reich auf dem Sensorsubstrat 1, wo das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung gebildet ist, zueinander gleich wählt, kann der Prozess des Schleifens von dem Sensorsubstrat 1, um den erweiterten Teilbereich 56 zu bilden, ausgelassen werden, wobei die Fertigungsprozesse von der Drucksensorvorrichtung 1 vorteilhafterweise vereinfacht werden können.
  • Wie oben beschrieben, ist zumindest eine Endseite von dem Sensorsubstrat 1 nach außen erweitert und gleichzeitig von der oberen Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 beabstandet. Das Element zur Beschleunigungserkennung 41 ist an dem erweiterten Teilbereich 56 gebildet, so dass es nicht notwendig ist, ein Substrat für das Element zur Beschleunigungserkennung 41 separat bereitzustellen. Die Anzahl der Teile kann reduziert werden und die Drucksensorvorrichtung kann in Größe und Gewicht reduziert werden.
  • Außerdem können das oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung und das Element zur Beschleunigungserkennung 41 mittels desselben Herstellungsprozesses gebildet werden. Dies trägt zu einer Verbesserung bei der Produktivität der Drucksensorvorrichtung bei.
  • 32 ist eine Draufsicht auf die obere Oberfläche von dem Trägersubstrat 6 von dieser Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor.
  • Auf dem Trägersubstrat 6, in einem Teilbereich aus dem Bereich, wo die rahmenförmige Verbindungsstelle 9 aufgebaut ist, sind Schaltkreiselemente von einer Schaltung zur Beschleunigungserkennung 86, eine Schaltung zur Steuerung der Energie versorgung 87 und ein Leistungsverstärker 96, der später beschrieben wird, und einem Antennenelement 95 befestigt.
  • 33 ist ein Blockschaltdiagramm, das die gemeinsamen Verbindungen zeigt zwischen einem Übertragungsschaltkreis 60, einem Schaltkreis zur Beschleunigungserkennung 86 mit einem Element zur Beschleunigungserkennung 41, einem Schaltkreis zur Steuerung der Energieversorgung 87, einem Leistungsverstärker 96 und dem Antennenelement 95, etc.
  • Der Übertragungsschaltkreis 60 weist beispielsweise aktive Element wie ICs und Transistoren und passive Elemente wie beispielsweise Widerstände und Kondensatoren auf, und ist elektrisch mit dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 verbunden, um eine elektrisches Signal mit einer vorbestimmten Frequenz zu übertragen. Der Übertragungsschaltkreis 60 ist mit dem Leistungsverstärker 96 verbunden, durch ein Übertragungssignal, das von dem Übertragungsschaltkreis 60 ausgegeben wird, verstärkt werden kann.
  • Auf der anderen Seite ist ein Erkennungsausgang von dem Schaltkreis 86 zur Beschleunigungserkennung bei dem Schaltkreis zur Steuerung der Energieversorgung 87 bereitgestellt. Dann ist der Schaltkreis zur Steuerung der Energieversorgung 87 so mit dem Übertragungsschaltkreis 60 und dem Leistungsverstärker 96 verbunden, dass die Energieversorgung von einer Energiequelle 85 für den Übertragungsschaltkreis 80 und den Leistungsverstärker 96 mittels des Schaltkreises zur Steuerung der Energieversorgung 87 gesteuert wird.
  • Das Antennenelement 95 kann mittels Radiowellen ein elektrisches Signal mit einer vorbestimmten Frequenz, das von dem Übertragungsschaltkreis 60 ausgegeben und von dem Leistungsverstärker 96 verstärkt wurde, an eine andere Empfangseinrichtung senden. Daher kann eine Empfangseinrichtung, die die Radiowellen von dem Antennenelement 95 empfängt, Druckinformationen selbst an einer Stelle erhalten, die von der Drucksensorvorrichtung entfernt ist. Als ein solches Antennenelement kann beispielsweise eine Chip-Antenne vom Typ mit einer Befestigung an der Oberfläche oder etwas Ähnlichem unter Verwendung einer dielektrischen Keramik verwendet werden und auf dem Trägersubstrat 6 mittels Löten oder etwas Ähnlichem befestigt werden.
  • Eine Ausführungsform, bei der das Antennenelement 95 auf der oberen Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 gebildet ist, wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf 38 und 39 beschrieben.
  • 34 ist ein Schaltbild, das detailliert die Schaltung von dem Schaltkreis zur Beschleunigungserkennung 86 und der Schaltung zur Steuerung der Energieversorgung 87 zeigt. Der Schaltkreis zur Beschleunigungserkennung 86 ist aufgebaut, wie in 34 gezeigt, das Element zur Beschleunigungserkennung 41 und ein Schutzschaltkreis und ein Operations-Leistungsverstärker sind aus Dioden gebildet, der Schaltkreis zur Steuerung der Energieversorgung 87 ist aus einem Hochpass-Filter mit einem Kondensator und einem Widerstand, einer vergleichenden Spannungsquelle und einem Operations-Leistungsverstärker aufgebaut.
  • Als Nächstes werden die Abläufe zur Erkennung einer Beschleunigung und eines Drucks unter Verwendung der Drucksensorvorrichtung mit dem Beschleunigungssensor, die oben beschrieben wurden, unter Bezugnahme auf die Schaltbilder gemäß 33 und 34 beschrieben. Hierbei wird für die Beschreibung angenommen, dass die Drucksensorvorrichtung in einem Rad von einem Fahrzeug installiert ist.
  • Zunächst wird die Arbeitsweise zur Erkennung einer Beschleunigung beschrieben. Wenn das Fahrzeug zu fahren beginnt, nimmt die Anzahl der Rotationen des Reifens zu und eine Beschleunigung G wird gemäß der Rotation generiert. Wenn diese Beschleunigung G auf das Element zur Beschleunigungserkennung 41 wirkt, wird ein Biegemoment auf das Element zur Beschleunigungserkennung 41 auf Grund der Kraft ausgeübt, die auf den erweiterten Teilbereich 56 und das Gewicht 73 wirkt. Das Element zur Beschleunigungserkennung 41 verzieht sich und das Element zur Beschleunigungserkennung 41 deformiert sich. Im Ergebnis ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer oberflächenakustischen Welle auf Grund der Änderung der elastischen Konstante an dem verzerrten Teilbereich von dem Sensorsubstrat 1 und der Anordnungsabstand d (pitch) der Elektrodenfinger (in 25 gezeigt) von der IDT-Elektrode 2a von dem Element zur Beschleunigungserkennung 41 ändert sich. Durch diese Vorgänge ändert sich die Resonanzfrequenz von dem Element zur Beschleunigungserkennung 41.
  • Dann entsteht eine elektromotorische Kraft proportional zu der Änderung und auf der Grundlage dieser elektromotorischen Kraft, erkennt der Schaltkreis zur Beschleunigungserkennung 86 die Beschleunigung, und man erhält ein Steuersignal proportio nal zu der Änderung der Resonanzfrequenz oder der Änderung der Impedanz. Danach, wenn dieses Steuersignal in den Schaltkreis zur Steuerung der Energieversorgung 87 eingegeben wird, wird, wenn der Pegel von dem Steuersignal einen Schwellenwert bezogen auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit des Fahrzeugs überschreitet, Energie von der Energiequelle 85, wie beispielsweise eine Batterie, an den Übertragungsschaltkreis 60 und den Leistungsverstärker 96 geliefert. Wenn der Pegel von dem Steuersignal gleich oder kleiner ist als der Schwellenwert, wird keine Energie von der Energiequelle 85 an den Übertragungsschaltkreis 60 und den Leistungsverstärker 96 geliefert.
  • Daher kann Energie nur geliefert werden, wenn sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit bewegt, die gleich oder höher ist als eine vorbestimmte Geschwindigkeit. Dadurch kann der Energieverbrauch der Drucksensorvorrichtung wirksam reduziert werden und der Energieverbrauch von dem Leistungsverstärker wird reduziert. Die Lebensdauer der Energiequelle kann verlängert werden.
  • Der Schwellenwert von dem Steuersignal kann frei gewählt werden, indem die Elemente des Schaltkreises von dem Schaltkreis zur Steuerung der Energieversorgung 87 geeignet ausgewählt werden.
  • Es ist auch möglich, dass das Element zur Beschleunigungserkennung 41, das auf dem Sensorsubstrat 1 gebildet ist, von einer oberflächenakustischen Wellenverzögerungsleitung gebildet ist, die aus einem Paar von IDT-Elektroden, die von einander entfernt angeordnet sind, und einem Ausbreitungspfad für ober flächenakustische Wellen zwischen den IDT-Elektroden aufgebaut ist.
  • In dem Fall, wo eine oberflächenakustische Wellenverzögerungsleitung verwendet wird, wirkt ein Biegemoment auf das Sensorsubstrat 1, das Element zur Beschleunigungserkennung verzieht sich und das oberflächenakustische Wellenelement verformt sich, auf Grund der Kraft, die auf den erweiterten Teilbereich 56 und das Gewicht 73 wirkt, wenn eine Beschleunigung G auf das Sensorsubstrat 1 wirkt. Daher ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der oberflächenakustischen Wellen und die Länge des Ausbreitungswegs der oberflächenakustischen Wellen, wenn eine Belastung ausgeübt wird und sich der Ausbreitungsweg der oberflächenakustischen Wellen auf dem oberflächenakustischen Wellenelement verzerrt, auf Grund einer Änderung der elastischen Konstante in diesem Bereich. Demnach ändert sich infolge dieser Vorgänge die Verzögerungszeit des elektrischen Signals, wodurch sich die Oszillationsfrequenz von dem Oszillationsschaltkreis ändert. Daher funktioniert das Element zur Beschleunigungserkennung, das aus einer oberflächenakustischen Wellenverzögerungsleitung aufgebaut ist auch wie ein Element zur Beschleunigungserkennung, ähnlich wie das Element zur Beschleunigungserkennung 41 in der zuvor beschriebenen Ausführungsform.
  • Bei dem Aufbau gemäß 30 ist das Element zur Beschleunigungserkennung 41 nur auf der unteren Oberfläche von dem erweiterten Bereich 56 gebildet. Anstelle dessen ist es jedoch auch erlaubt, dass das Element zur Beschleunigungserkennung 41 sowohl auf der unteren als auch auf der oberen Oberfläche von dem erweiterten Bereich 56 gebildet ist. In diesem Fall, in dem eine Differenz zwischen den Ausgängen der zwei Elemente zur Beschleunigungserkennung 41, die sowohl auf der oberen als auch der unteren Oberfläche von dem erweiterten Bereich 56 gebildet sind, berechnet wird, kann der Einfluss einer Temperaturänderung oder Ähnlichem korrigiert werden, und die Messgenauigkeit des Elements zur Beschleunigungserkennung 41 kann verbessert werden.
  • Als Nächstes wird ein modifiziertes Beispiel von einer Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor gemäß der Erfindung erläutert.
  • 35 ist eine geschnittene Ansicht von einer Drucksensorvorrichtung mit einem Beschleunigungssensor gemäß der Erfindung, 36 ist eine Draufsicht auf die obere Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1, und 37 ist eine Draufsicht auf die untere Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1. Für die gleichen Elemente wie bei der Drucksensorvorrichtung mit dem Beschleunigungssensor wie in 30 gezeigt, werden dieselben Symbole verwendet und eine entsprechende Erläuterung entfällt.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung gemäß 30 ist das Element zur Beschleunigungserkennung aus einem oberflächenakustischen Wellenresonator auf einer Oberfläche von dem erweiterten Teilbereich 56 gebildet. Anstelle dessen ist es bei der Drucksensorvorrichtung, die in 35 gezeigt ist, jedoch so, dass das Element zur Beschleunigungserkennung aus zwei monomorphen Elementen 77 auf den entsprechenden oberen und unteren Oberflächen von dem erweiterten Teilbereich 56 gebildet ist.
  • Die monomorphen Elemente 77 benutzen große Vibrationen von dem Sensorsubstrat 1 und können gebildet werden, indem Vibrationselektroden 98 sowohl auf die obere als auch die untere Oberfläche von dem erweiterten Teilbereich 56 von dem Sensorsubstrat 1 angeordnet werden.
  • Für die Vibrationselektroden 98 wird ein metallisches Material, wie beispielsweise Silber benutzt. Die Vibrationselektroden werden mittels einer Technik zur Filmbildung gebildet, wie beispielsweise die bekannten Methoden des Sputterns und der Dampfablagerung.
  • Ein solches Element zur Beschleunigungserkennung vom monomorphen Typ erkennt eine Beschleunigung wie folgt. Wenn eine Beschleunigung G auf den erweiterten Teilbereich 56 und das Gewicht 73 wirkt, verzieht sich als erstes das Sensorsubstrat 1 und das monomorphe Element 77, das an dem erweiterten Teilbereich 56 gebildet ist, verformt sich. An diesem Punkt wird eine elektromotorische Kraft generiert, gemäß der Verformung von dem monomorphen Element, und indem man dies verwendet, kann die Beschleunigung erkannt werden.
  • Wenn das Element zur Beschleunigungserkennung so aus monomorphen Elementen 77 aufgebaut ist, kann die Form der Struktur als eine massive Struktur gebildet werden, und ein hermetisches Verschließen ist nicht notwendig, so dass es vergleichsweise einfach gebildet werden kann und die Produktivität von der piezoelektrischen Sensorvorrichtung 1 verbessert wird.
  • Gemäß 35 sind zwei monomorphe Elemente 77 sowohl auf der oberen als auch der unteren Oberfläche von dem erweiterten Teilbereich 56 angeordnet. Es kann jedoch auch ein mehrschichtiger Aufbau, wie bei einem dimorphen Element, verwendet werden.
  • Als Nächstes wird eine Drucksensorvorrichtung, an die eine Antennenstruktur angebracht ist, mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • 38 ist eine Schnittansicht von einer Drucksensorvorrichtung mit einer Antennenstruktur, und 39 ist eine Draufsicht auf die obere Oberfläche von einem Sensorsubstrat, das für die Drucksensorvorrichtung verwendet wird.
  • Zu dieser Ausführungsform wird nur ein Unterschied von der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß 26 und 28 beschrieben. Für dieselben Komponenten werden dieselben Bezugszeichen verwendet und sich überschneidende Erläuterungen davon werden ausgelassen.
  • Die Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Drucksensorvorrichtung gemäß 26 und 28 darin, dass die Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform eine Antennenstruktur 85 auf der oberen Fläche von dem Sensorsubstrat 1 hat.
  • Diese Antennenstruktur 85 wird verwendet, um mittels Radiowellen ein elektrisches Signal mit einer vorbestimmten Frequenz, die von dem Übertragungsschaltkreis 60 ausgegeben wird, an eine andere Empfangseinrichtung mittels des Leistungsverstärkers 96 zu übertragen.
  • Diese Antennenstruktur 85 ist mäanderförmig in einer Region gebildet, mit Ausnahme der Region 88 unmittelbar oberhalb des Sensorteils 11 an der oberen Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1, wie es in 39 gezeigt ist.
  • Die Bildung der Struktur von dieser Antennenstruktur 85 wird durch das Drucken eines dicken Films von einem metallischen Material, wie bspw. Aluminium oder Kupferfolie durchgeführt. Die Linienbreite dieser Struktur und die Filmstärke von der Antennenstruktur 85, wie sie hier verwendet wird, betragen ungefähr 100 Mikrometer und 10 Mikrometer entsprechend. Als eine Länge der Struktur wird eine Länge von ungefähr λ/4 oder 5λ/8 von der Wellenlänge von der zu übertragenden Frequenz gebildet, indem die Anzahl, wie oft die Struktur mäandert (Länge) geändert wird.
  • Die Energieversorgungsanschlüsse von dem Antennenelement 85 sind mit dem Bezugszeichen „87" bezeichnet. Auf der seitlichen Oberfläche von der Drucksensorvorrichtung, sind Energieversorgungsleitungen 86 gebildet, die sich von den Anschlüssen zur Energieversorgung 87 erstrecken. Die Energieversorgungsleitungen 86 sind an eine der internen elektrischen Verbindungsstrukturen 24 von dem Trägersubstrat 6 von der Drucksensorvorrichtung entlang der seitlichen Oberfläche von der Drucksensorvorrichtung verbunden.
  • Zwischen dem Trägerelement 6 und dem Sensorsubstrat 1, ist ein Dichtelement 4 zwischengelagert, um das oben beschriebene oberflächenakustische Wellenelement 2 zur Druckerkennung, das elektronische Teilelement 50, die Anschlussflächen 53 und die Elektrodenflächen 7 zu umschließen. Das Dichtelement 4 kann aus einem Harz gemacht sein. Um jedoch einen Abschirmeffekt zu erhalten, der unerwünschte externe Störungen unterdrückt und gleichzeitig um einen sehr guten Wärmetransfer zwischen dem oberflächenakustischen Wellenelement 2 zur Druckerkennung und dem oberflächenakustischen Wellenelement 3 als Referenz zu erhalten, wird das Dichtelement 4 vorzugsweise aus einem leitenden Material, wie bspw. Lötzinn gemacht.
  • Wenn jedoch ein leitendes Material für das Dichtelement 4 verwendet wird, ist es notwendig, dass die Energieversorgungsleitung 86, die aus der seitlichen Oberfläche von der Drucksensorvorrichtung gebildet ist, und das Dichtelement 4 voneinander isoliert sind. Daher wird ein isolierendes Harz oder etwas Ähnliches auf der äußeren Oberfläche des Dichtelements 4 angeordnet, um Kurzschlüsse zwischen dem Dichtelement 4 und der Energieversorgungsleitung 86 zu verhindern.
  • Bei der Drucksensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform sind das elektronische Teilelement 50 und die Antennenstruktur 85 nahe beieinander angeordnet, so dass die Energieversorgungsleitung 86, die diese verbindet, kurzgehalten werden kann. Daher kann der Einfluss eines Übertragungsverlusts auf Grund der Verbindungsleitung 86 minimiert werden und das elektrische Signal, das von dem Übertragungsschaltkreis 60 ausgegeben wird, kann fast ohne jede Dämpfung übertragen werden. Daraus folgt, dass der Energieverbrauch von der Batterie reduziert werden kann.
  • Außerdem ist es so, dass die Antennenstruktur 85 mäanderförmig auf der oberen Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1 gebildet ist, mit Ausnahme der Region 88 unmittelbar oberhalb des Sensorteils 11, so dass es nicht notwendig ist, ein Substrat für die Antenne separat zu fertigen. Die Anzahl von Teilen kann reduziert werden, und dies trägt zur Verkleinerung und Kostenreduzierung der Drucksensorvorrichtung bei.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Antennenstruktur 85 auf der oberen Oberfläche von dem Sensorsubstrat 1, als mäanderförmiger Typ von Antenne gebildet. Anstelle dessen ist es jedoch auch möglich, ein Antennenelement des Dipol-Typs oder etwas Ähnlichem zu bilden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es kann in vielfältiger Art modifiziert und verbessert werden innerhalb des Bereichs der Erfindung und ohne die Idee der Erfindung zu verlassen. So wurden bspw. in den oben genannten Ausführungsbeispielen ein einkristallines piezoelektrisches Material für das Sensorsubstrat verwendet. Anstelle dessen ist es jedoch möglich, ein multikristallines piezoelektrisches Material zu verwenden.
  • Zusammenfassung
  • Ein Sensorsubstrat (1), das auf seiner unteren Oberfläche ein oberflächenakustisches Wellenelement (2) zur Druckerkennung hat, ist auf einem Trägersubstrat (6) befestigt durch ein Dichtelement (4), das einen Sensorteil (2) umgibt. Ein abgedichteter Raum (S) wird von dem Sensorsubstrat (1), dem Trägersubstrat (6) und dem Dichtelement (4) gebildet, und das oberflächenakustische Wellenelement (2) zur Druckerkennung ist hermetisch in dem abgedichteten Raum (S) eingeschlossen. Die Zuverlässigkeit kann verbessert werden, indem das oberflächenakustische Wellenelement (2) vor der externen Umgebung geschützt wird.

Claims (32)

  1. Drucksensorvorrichtung aufweisend: ein Trägersubstrat; ein Sensorsubstrat mit einer unteren Oberfläche, auf der ein Sensorteil zur Druckerkennung ausgebildet ist; und ein Dichtelement, das mit einer oberen Oberfläche des Trägersubstrats und mit der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats verbunden ist und einen abgedichteten Raum bildet, um das Sensorteil zwischen den Substraten einzuschließen.
  2. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Sensorteil aus einem oberflächenakustischen Wellenelement zur Druckerkennung gebildet ist.
  3. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Inertgas den abgedichteten Raum füllt.
  4. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Sensorsubstrat aus einem piezoelektrischen Material gemacht ist, und das oberflächenakustische Wellenelement zur Druckerkennung gebildet ist, indem eine IDT-Elektrode auf der Oberfläche des Sensorsubstrats gebildet ist.
  5. Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Elektrodenflächen, die mit dem Sensorteil elektrisch verbunden werden, im abgedichteten Raum auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats angeordnet sind, und Verbindungsflächen, die mit den Elektrodenflächen über leitende Verbindungselemente verbunden werden, im abge dichteten Raum auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet sind.
  6. Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Dichtelement aus einem leitenden Material gemacht ist und elektrisch mit Erdungsanschlüssen verbunden ist, die auf dem Trägersubstrat angeordnet sind.
  7. Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein konkaver Teilbereich über dem Sensorteil auf der oberen Oberfläche des Sensorsubstrats gebildet ist.
  8. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein oberflächenakustisches Wellenelement als Referenz zum Vergleichen von Ausgangssignalen desselben und das oberflächenakustische Wellenelement zur Druckerkennung auf der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats angeordnet außerhalb der Region zur Formung des konkaven Teilbereichs im abgedichteten Raum positioniert ist.
  9. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 8, aufweisend: einen ersten Oszillationsschaltkreis, der bei einer vorbestimmten Frequenz auf der Grundlage einer Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements zur Druckerkennung schwingt; einen zweiten Oszillationsschaltkreis, der bei einer vorbestimmten Frequenz auf der Grundlage einer Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements als Referenz schwingt; einen Schaltkreis zur Differenzerzeugung, der ein Umrechnungssignal erzeugt und ausgibt, indem ein Oszillationssignal von dem ersten Oszillationsschaltkreis mit einem Oszil lationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis verglichen wird; und einen Modulationsschaltkreis, der das Umrechnungssignal von dem Schaltkreis zur Differenzerzeugung und das Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis moduliert und diese nach außen ausgibt.
  10. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 8, aufweisend: einen ersten Oszillationsschaltkreis, der mit einer vorbestimmten Frequenz auf der Grundlage einer Verzögerungszeit eines von dem oberflächenakustischen Wellenelement zur Druckerzeugung generierten elektrischen Signals schwingt; einen zweiten Oszillationsschaltkreis, der mit einer vorbestimmten Frequenz auf der Grundlage einer Verzögerungszeit eines von dem oberflächenakustischen Wellenelement zur Referenz generierten elektrischen Signals schwingt; einen Schaltkreis zur Differenzerzeugung, der ein Umrechnungssignal erzeugt und ausgibt, indem ein Oszillationssignal von dem ersten Oszillationsschaltkreis mit einem Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis verglichen wird; und einen Modulationsschaltkreis, der das Umrechnungssignal von dem Schaltkreis zur Differenzerzeugung und das Oszillationssignal von dem zweiten Oszillationsschaltkreis moduliert und diese nach außen ausgibt.
  11. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die beiden Elemente in Reihe angeordnet sind, indem ein Reflektor dazwischen angeordnet wird, und sich die auf beiden Seiten des Reflektors angeordneten oberflächenakustischen Wellenelemente den Reflektor teilen.
  12. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein Dämpfungselement, das die Übertragung von oberflächenakustischen Wellen unterdrückt oder die Intensität von oberflächenakustischen Wellen reduziert, zwischen den Elementen auf dem Sensorsubstrat angeordnet ist.
  13. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Elemente auf dem Sensorsubstrat so angeordnet sind, dass die Ausbreitungsrichtungen der oberflächenakustischen Wellen der Elemente parallel zueinander sind und die Elemente in einer Richtung angeordnet sind, die senkrecht zu den Ausbreitungsrichtungen der oberflächenakustischen Wellen ist.
  14. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements zur Druckerkennung und die Resonanzfrequenz des oberflächenakustischen Wellenelements als Referenz unterschiedlich voneinander sind.
  15. Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei ein IC-Baustein den ersten Oszillationsschaltkreis, den zweiten Oszillationsschaltkreis, den Schaltkreis zur Differenzgenerierung und den Modulationsschaltkreis aufweist, und der IC-Baustein und die Elemente auf demselben Substrat befestigt sind.
  16. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Sensorsubstrat aus einem piezoelektrischen Material gemacht ist, das Sensorteil von einem oberflächenakustischen Wellenelement gebildet ist, und die Stärke des Sensorsubstrats, das unmittelbar unterhalb des Reflektors nahe der IDT-Elektrode positioniert ist, fast gleich zur Stärke der Region unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode ist, und sich allmählich mit der Entfernung von der IDT-Elektrode erhöht.
  17. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Stärke des Sensorsubstrats, das unmittelbar unterhalb der IDT-Elektrode positioniert ist, geringer ist als die Stärke des Sensorsubstrats, das unmittelbar unterhalb des Reflektors positioniert ist.
  18. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein elektronisches Teilelement mit einem Teil der Oszillationsschaltkreise auf dem Trägersubstrat angeordnet ist.
  19. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 18, wobei das elektronische Teilelement auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats befestigt ist.
  20. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 18, wobei ein konkaver Teilbereich auf der oberen Oberfläche oder unteren Oberfläche des Trägersubstrats im abgedichteten Raum gebildet ist, und ein elektronisches Teilelement mit den Oszillationsschwingkreisen in dem konkaven Teilbereich eingebettet ist.
  21. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 20, wobei der konkave Teilbereich auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats gebildet ist.
  22. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 18, wobei eine Endseite von dem Sensorsubstrat oder dem Trägersubstrat erweitert ist, um einen erweiterten Teilbereich zu bilden, während er von dem anderen Substrat beabstandet ist, und in dem erweiterten Teilbereich ein Element zur Beschleunigungserkennung für das Erkennen einer Beschleunigung ausgebildet ist.
  23. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 22, wobei der erweiterte Teilbereich auf dem Sensorsubstrat gebildet ist.
  24. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, aufweisend: einen Übertragungsschaltkreis, der ein von dem Modulationsschaltkreis aus dem Umrechnungssignal moduliertes Signal nach außen überträgt; einen Schaltkreis zur Beschleunigungserkennung, der ein vorbestimmtes elektrisches Signal auf der Grundlage eines Beschleunigungserkennungssignals von dem Element zur Beschleunigungserkennung ausgibt; Energieversorgungsmittel zur Lieferung von Energie an den Übertragungsschaltkreis; und eine Schaltung zur Steuerung der Energieversorgung, die die Energieversorgung von den Energieversorgungsmitteln zu dem Übertragungsschaltkreis steuert, wobei die Schaltung zur Steuerung der Energieversorgung die Energieversorgung von dem Energieversorgungsmittel auf der Grundlage steuert, ob die Beschleunigung einen Schwellenwert übersteigt.
  25. Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, wobei das Element zur Beschleunigungserkennung von einem oberflächenakustischen Wellenelement gebildet ist.
  26. Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei ein Antennenelement, das mit dem elektronischen Teilelement verbunden wird, auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats und/oder der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats befestigt ist.
  27. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Antennenelement außerhalb des abgedichteten Raums befestigt ist.
  28. Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei eine Antennenstruktur, die mit dem elektronischen Teilelement verbunden wird, auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats und/oder der unteren Oberfläche des Sensorsubstrats befestigt ist.
  29. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Antennenstruktur außerhalb des abgedichteten Raums befestigt ist.
  30. Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei eine Antennenstruktur, die mit dem elektronischen Teilelement verbunden wird, auf der oberen Oberfläche des Sensorsubstrats angeordnet ist.
  31. Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Antennenstruktur in einer Region gebildet ist, mit Ausnahme einer Region unmittelbar oberhalb des oberflächenakustischen Wellenelements zur Druckerkennung.
  32. Drucksensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei die Antennenstruktur eine Mäanderform hat.
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