JP2002071492A - 圧力センサデバイス及び信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイヤフラムに所定の厚み分布を形成するこ
とで、小型化及び高性能化を図ることができる圧力セン
サデバイス及び信号処理装置を提供すること。 【解決手段】 中空部１１ｃを有する支持枠１１と、中
空部１１ｃの底面に形成され、圧力の印加により変形す
るダイヤフラム１２と、ダイヤフラム１２に設けられて
いて、ダイヤフラム１２の変形により歪むことで圧力を
検出する圧力検出部１３とを備えた圧力センサデバイス
１０において、ダイヤフラム１２は、薄肉領域２１と、
圧力検出部１３の一部もしくは全部を含んでおり、薄肉
領域２１の厚みよりも厚くなるように形成された厚肉領
域２２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサ及び信
号処理装置の改良、特に、音声による圧力変化あるいは
系内の圧力変化を検出する圧力センサ及び信号処理装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメ
カニカルシステム）技術の発展に伴って、ＬＳＩ等で用
いられてきたプロセス技術を用いて、種々の機械装置の
小型化が試みられている。その一例として、圧力を検出
する圧力センサが、ダイヤフラム構造を有するように、
結晶異方性エッチングされ形成されている。

【０００３】図１４は従来の圧力センサデバイスの一例
を示す構成図であり、図１４を参照して圧力センサデバ
イスについて説明する。この圧力センサデバイス１は、
ダイヤフラム構造を有しており、支持枠２、ダイヤフラ
ム３、圧力検出部４等を有している。ダイヤフラム３
は、圧力により矢印Ｚ方向に変形する部位であって、そ
の厚みＤは、全面にわたってほぼ均一になるように形成
されている。ダイヤフラム３には圧力検出部４がたとえ
ば複数設けられている。圧力検出部４はダイヤフラム３
の変形とともに歪み、圧電効果により圧力変化を電気信
号に変換して出力するものである。

【０００４】ここで、この圧力センサデバイス１は、た
とえば以下のように製造される。まず、シリコン（Ｓ
ｉ）等からなる基板の両面にたとえばＳｉＯ₂ からなる
マスク膜が形成される。その後、基板が異方性エッチン
グされ均一の厚みＤを有するダイヤフラム３が形成され
る。そして、たとえばイオン注入等によりダイヤフラム
３に圧力検出部４が設けられ、圧力センサデバイス１が
完成する。

【０００５】次に、図１４を参照して圧力センサデバイ
ス１の動作例について説明する。ダイヤフラム３が外部
から圧力を受けると、圧力の大きさに応じてダイヤフラ
ム３が矢印Ｚ方向に変形する。すると、ダイヤフラム３
に設けられた圧力検出部４もダイヤフラム３とともに歪
み、その抵抗値が変化する。この抵抗値変化を計測する
ことにより、圧力センサデバイス１に印加された圧力を
計測する。ここで、圧力センサデバイス１の圧力検出の
感度は、圧力センサデバイス１の材質、ダイヤフラム３
の厚み及び表面積、並びに圧力検出部４の形成位置に依
存している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧力センサ
デバイス１がたとえば携帯情報端末等の信号処理装置の
ために用いられる場合、その圧力センサデバイス１の諸
元寸法に対して、可能な限り利得が大きいことが要求さ
れる。一方、利得を一定とした場合には、諸元寸法を可
能な限り小さくすることが要求される。すなわち、圧力
センサデバイス１が圧力検出部４の歪み量に依存してい
ることを考慮すると、上述した利得特性を満足するため
には、圧力検出部４の歪み量が、一定の圧力下でできる
だけ大きくなることが要求される。

【０００７】ここで、図１４における圧力センサデバイ
ス１において、圧力検出部４に発生する歪み量は、圧力
センサデバイス１の諸元寸法に依存している。すなわ
ち、圧力センサデバイス１の寸法が定まってしまうと、
均一の厚みを有するダイヤフラム３の変形量も所定のも
のとなってしまう。このため、圧力センサデバイス１の
諸元寸法が一定の場合、圧力検出部４の歪み量を大きく
し利得を大きくすることが困難であるという問題があ
る。同様に、所定の利得を定めたときに、圧力センサデ
バイス１の寸法を小さくすることが困難である。

【０００８】そこで本発明は上記課題を解決し、ダイヤ
フラムに所定の厚み分布を形成することで、小型化及び
高性能化を図ることができる圧力センサデバイス及び信
号処理装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１の
発明によれば、中空部を有する支持枠と、前記中空部の
底面に形成され、圧力の印加により変形するダイヤフラ
ムと、前記ダイヤフラムに設けられていて、前記ダイヤ
フラムの変形により歪むことで圧力を電気的信号として
検出する圧力検出部とを備えた圧力センサデバイスにお
いて、前記ダイヤフラムは、薄肉領域と、前記圧力検出
部の一部もしくは全部を含んでおり、前記薄肉領域の厚
みよりも厚くなるように形成された厚肉領域とを有する
圧力センサデバイスにより達成される。

【００１０】また、上記目的は、請求項９の発明によれ
ば、音声を入力する音声入力部として圧力センサデバイ
スを用いた信号処理装置において、前記圧力センサデバ
イスは、中空部を有する支持枠と、前記中空部の底面に
形成され、圧力の印加により変形するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに設けられていて、前記ダイヤフラム
の変形により歪むことで圧力を電気的信号として検出す
る圧力検出部とを備えており、前記ダイヤフラムは、薄
肉領域と、前記圧力検出部の一部もしくは全部を含んで
おり、前記薄肉領域の厚みよりも厚くなるように形成さ
れた厚肉領域とを有する信号処理装置により達成され
る。

【００１１】請求項１又は請求項９の構成によれば、ダ
イヤフラムは支持枠における中空部の底面に形成されて
いて、ダイヤフラムの歪み量を検出する圧力検出部が設
けられている。そして、ダイヤフラムには薄肉領域と厚
肉領域が形成されていて、厚肉領域は圧力検出部の一部
もしくは全部を含んでおり、薄肉領域の厚みよりも厚く
なるように形成されている。

【００１２】ここで、圧力センサデバイスに圧力が印加
されたとき、ダイヤフラムがその圧力により変形する。
そして、この変形に伴い圧力検出部が歪み、この歪み量
により圧力が検出される。このとき、薄肉領域と厚肉領
域が形成されていることにより、ダイヤフラムは曲げ剛
性、すなわち撓み量の分布を持つこととなる。ここで、
ある圧力でダイヤフラムを撓ませるエネルギーは決まっ
たものであるため、圧力検出部以外の領域を薄くするこ
とで、薄肉領域を撓ませるためのエネルギーを低く抑
え、その分圧力検出部の撓み量を大きくすることができ
る。すなわち、圧力検出部を含む厚肉領域に撓ませるた
めのエネルギーをより多く集めることができる。これに
より、ダイヤフラムの変形により歪む圧力検出部の歪み
量が大きくすることができる。また、このような圧力デ
バイスセンサを用いた信号処理装置は、歪み量の増大に
よる利得の向上により高性能化することとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【００１４】図１は本発明の圧力デバイスセンサの好ま
しい実施の形態を示す斜視図、図２はその平面図であ
り、図１と図２を参照して圧力センサデバイス１０につ
いて説明する。圧力センサデバイス１０はダイヤフラム
構造を有しており、支持枠１１、ダイヤフラム１２、圧
力検出部１３、電極部１４等を備えている。支持枠１１
は、たとえば長さＬ１＝７．５ｍｍの略四角状に形成さ
れていて、シリコン基板１１ａの両面には、エッチング
する際のマスクとなるＳｉＯ₂ 膜１１ｂ、１１ｂが厚さ
たとえば０．２μｍで形成されている。

【００１５】支持枠１１のたとえば略中央部には中空部
１１ｃが形成されていて、その中空部１１ｃの底面にダ
イヤフラム１２が形成されている。この中空部１１ｃ
は、たとえば異方性エッチングにより形成されたもので
あり、支持枠１１からダイヤフラム１２に向かって傾斜
面が形成されている。ダイヤフラム１２は一辺が０．１
ｍｍ〜２０ｍｍの略正方形状もしくは略長方形状を有し
ており、図２においてはたとえば一辺Ｌ２＝５．０５ｍ
ｍの略正方形状に形成されている。ダイヤフラム１２
は、圧力の印加により矢印Ｚ方向に変形する部位であっ
て、後述するように薄肉領域２１と厚肉領域２２を有す
るような所定の厚み分布が形成されている。

【００１６】ダイヤフラム１２の外周側１２ａには圧力
を検出するための圧力検出部１３が設けられていて、こ
の圧力検出部１３は、ダイヤフラム１２にたとえばイオ
ン注入によって形成されたピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄ
を備えている。ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄは、ダイヤ
フラム１２の変形により歪み抵抗値が変化するものであ
り、４つのピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄは電極部１４を
介してブリッジ回路を形成するようにそれぞれ電気的に
接続されている。そして、この４つのピエゾ抵抗部１３
ａ〜１３ｄには基準電圧Ｖｃｃが印加され、ピエゾ抵抗
部１３ａ〜１３ｄの抵抗値変化によりブリッジ回路から
出力される電圧を測定し、圧力の検出が行われることと
なる。

【００１７】また図２に示すように、ピエゾ抵抗部１３
ａ、１３ｂは、ダイヤフラム１２の外周側１２ａにたと
えばダイヤフラム１２の中心線ＣＰ_Y 上であって、中心
線ＣＰ_x に対して線対称になるように形成されている。
一方、ピエゾ抵抗部１３ｃ、１３ｄは、ダイヤフラム１
２の外周側１２ａにダイヤフラム１２のほぼ中心線ＣＰ
_X 上であって、中心線ＣＰ_y に対して線対称になるよう
に形成されている。

【００１８】このように、各ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３
ｄがダイヤフラム１２の外周側１２ａに配置されること
により、各ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄの歪み量を大き
くすることができ、利得の向上を図ることができる。す
なわち、ダイヤフラム１２に圧力を印加したとき、矢印
Ｚ方向の変形量が最も大きいのはダイヤフラム１２の中
央部分であり、ダイヤフラム１２において最も歪み量が
大きいのはダイヤフラム１２の外周側１２ａである。従
って、ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄが歪み量の最も大き
いダイヤフラム１２の外周側に設けられることで、利得
の向上を図ることができる。

【００１９】支持枠１１上には電極部１４が配置されて
いて、この電極部１４は圧力検出部１３とたとえば所定
の配線パターンにより電気的に接続されている。電極部
１４は各ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄの電気信号を外部
に出力するためのインターフェイスとなる部位であり、
たとえばピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄに対応する数だけ
設けられている。

【００２０】図３は図２における圧力センサデバイス１
０のＡ−Ａ断面図、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図を
それぞれ示しており、図２から図４を参照してダイヤフ
ラム１２の構造について説明する。図２に示すダイヤフ
ラム１２は、薄肉領域２１と厚肉領域２２を有してい
る。薄肉領域２１は厚みＤ１の厚さで形成されていて、
厚肉領域２２の厚みＤ２は、厚みＤ１よりも大きくなる
ように形成されている（Ｄ２＞Ｄ１）。具体的には、厚
肉領域２２の厚みＤ２は、０．１μｍ〜５０μｍの範囲
で形成されていて、たとえば厚みＤ１は約６μｍ、厚み
Ｄ２は約１０μｍで形成されている。なお、図３に示す
ように、厚肉領域２２内においては、たとえばほぼ均一
の厚みＤ２のほぼ平面になるように形成されている。

【００２１】さらに、厚肉領域２２は、たとえばダイヤ
フラム１２の中央部に一辺Ｌ３＝約３．０ｍｍの略正方
形状もしくは略長方形状に形成された中央領域２２ａ
と、この中央領域２２ａから各ピエゾ抵抗部１３ａ〜１
３ｄに向かって伸びている幅Ｌ４＝約０．６ｍｍのピエ
ゾ形成領域２２ｂを有している。よって、薄肉領域２１
は、ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄの周辺部位を除いたダ
イヤフラム１２の外周側１２ａに形成されていることと
なる。

【００２２】このように、ダイヤフラム１２には剛性の
小さい薄肉領域２１と、各ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄ
を含んだダイヤフラム１２の中央部付近に厚肉領域２２
が形成されることとなる。薄肉領域２１と厚肉領域２２
が形成されていることにより、ダイヤフラム１２は曲げ
剛性、すなわち撓み量の分布を持つこととなる。ここ
で、ある圧力でダイヤフラム１２を撓ませるエネルギー
は決まったものであるため、圧力検出部１３以外の領域
を薄くすることで、薄肉領域２１を撓ませるためのエネ
ルギーを低く抑え、その分圧力検出部１３の撓み量を大
きくすることができる。すなわち、圧力検出部１３を含
む厚肉領域２１に撓ませるためのエネルギーをより多く
集めることができる。よって、各ピエゾ抵抗部１３ａ〜
１３ｄの歪み量も大きくなり、利得の向上を図ることが
できるようになる。

【００２３】ここで、図１から図４に示す圧力センサデ
バイス１０の製造方法の一例について説明する。まず、
たとえばシリコン基板の両面にＳｉＯ₂ 膜１１ｂ、１１
ｂがスパッタリング等により成膜され、その一方のＳｉ
Ｏ₂ 膜１１ｂにエッチング等により開口部が設けられ
る。その開口部からシリコン基板１１ａを異方性エッチ
ングして、傾斜面を有する中空部１１ｃが形成されると
ともに、ダイヤフラム１２が形成される。その後、ダイ
ヤフラム１２の所定の位置にイオン注入によってピエゾ
抵抗部１３ａ〜１３ｄが形成される。ここで、ダイヤフ
ラム１２に薄肉領域２１と厚肉領域２２を形成する場
合、薄肉領域２１の部分がエッチングにより薄くなるよ
うに形成されても良いし、あるいはほぼ均一に形成され
たダイヤフラム１２にたとえばＳｉＯ₂ 膜などが中央領
域２２ａ及びピエゾ形成領域２２ｂに成膜され、厚肉領
域２２が形成されるようにしてもよい。

【００２４】次に、図１から図４を参照して圧力センサ
デバイス１０の動作例について説明する。まず、圧力セ
ンサデバイス１０に外部から圧力が加えられると、ダイ
ヤフラム１２がその圧力により矢印Ｚ方向に変形する。
これにより、ダイヤフラム１２に形成されたピエゾ抵抗
部１３ａ〜１３ｄが歪み、その抵抗値が変化する。そし
てブリッジ回路を形成しているピエゾ抵抗部１３ａ〜１
３ｄから抵抗値変化が検出され、圧力が電気信号として
検出される。

【００２５】このとき、薄肉領域２１と厚肉領域２２が
形成されていることにより、ダイヤフラム１２は曲げ剛
性、すなわち撓み量の分布を持つこととなる。ここで、
ある圧力でダイヤフラム１２を撓ませるエネルギーは決
まっているため、圧力検出部１３以外の領域を薄くする
ことで、薄肉領域２１を撓ませるためのエネルギーを低
く抑え、その分圧力検出部１３の撓み量を大きくするこ
とができる。すなわち、圧力検出部１３を含む厚肉領域
２２に撓ませるためのエネルギーをより多く集めること
ができる。これに伴い、ダイヤフラム１２に形成された
ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄの歪み量もダイヤフラム１
２の厚みを均一にした場合に比べてより大きくなり、利
得（感度）の向上を図ることができるようになる。

【００２６】具体的には、図５は同一の圧力を印加した
場合において、図１３の従来の圧力センサデバイス１と
図１の圧力センサデバイス１０のダイヤフラム３、１２
の変形した様子を示す断面図であり、図５を参照して説
明する。図５において、図５（Ａ）の圧力センサデバイ
ス１０におけるダイヤフラム１２の中央部分（厚肉領域
２２）の変形量は、図５（Ｂ）の従来の圧力センサデバ
イス１におけるダイヤフラム３の変形量に比べて大きく
なっていることがわかる。これに伴い、図５（Ａ）にお
けるダイヤフラム１２の外周側１２ａ、すなわちピエゾ
抵抗部１３ａ〜１３ｄの形成部位の歪み量も、図５
（Ｂ）における形成部位よりも大きくなっていることが
わかる。

【００２７】このように、同一の圧力を印加した場合
に、薄肉領域２１と厚肉領域２２を形成することによっ
て、ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄの歪み量を従来のもの
よりも大きくすることができ、利得の向上を図ることが
できる。一方、圧力センサデバイス１０の感度はそのデ
バイスの諸元寸法に依存する。よって、従来と同一の利
得の圧力センサデバイス１０を製造するときには、圧力
センサデバイス１０の諸元寸法を小さくすることがで
き、デバイスの小型化を図ることができる。

【００２８】第２の実施の形態 図６は、本発明の第２の実施の形態の圧力センサデバイ
スを示す平面図であり、図６を参照して圧力センサデバ
イス１００について説明する。なお、図６において、図
１の圧力センサデバイス１０と同一の構成を有する部位
には同一の符号を付してその説明を省略する。

【００２９】図６の圧力センサデバイス１００が図１の
圧力センサデバイス１０と異なる点は、ダイヤフラム１
１２における薄肉領域１２１と厚肉領域１２２の厚み分
布である。厚みＤ２を有する厚肉領域１２２は、ダイヤ
フラム１１２の中央部分に高さＬ１３＝約３．０ｍｍの
略菱形形状を有する中央領域１２２ａと、その中央領域
１２２ａから幅Ｌ４＝約０．６ｍｍの帯状に各ピエゾ抵
抗部１３ａ〜１３ｄに向かって形成されたピエゾ形成領
域１２２ｂを有している。

【００３０】このような厚み分布を有する圧力センサデ
バイス１００であっても、ダイヤフラム１１２の変形量
を大きくすることができ、これに伴い各ピエゾ抵抗部１
３ａ〜１３ｄの歪み量を大きくすることができる。具体
的には、図６に示す厚み分布を形成した圧力センサデバ
イス１００のダイヤフラム１１２は図７（Ａ）に示すよ
うに変形する。ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄの形成部位
において、図７（Ｂ）に示す従来の圧力センサデバイス
１よりも圧力センサデバイス１００の歪み量が大きくな
っている。よって、利得の向上を図ることができるとと
もに、圧力デバイスセンサ１０の小型化を図ることがで
きる。

【００３１】第３の実施の形態 図８は、本発明の第３の実施の形態の圧力センサデバイ
スを示す平面図であり、図８を参照して圧力センサデバ
イス２００について説明する。なお、図８において、図
１の圧力センサデバイス１０と同一の構成を有する部位
には同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３２】図８に示す圧力センサデバイス２００にお
いて、厚みＤ２の厚肉領域２２２は、ピエゾ抵抗部１３
ａとピエゾ抵抗部１３ｂ並びにピエゾ抵抗部１３ｃとピ
エゾ抵抗部１３ｄをそれぞれ結ぶように略十字状に形成
されている。このように、ダイヤフラム２１２における
厚肉領域２２２の割合を減らし、薄肉領域２２１の割合
を大きくすることで、圧力検出部１３を含む厚肉領域２
２２に撓ませるためのエネルギーをより多く集めること
ができる。従って、圧力センサデバイス２００におい
て、各ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄの撓み量を大きく
し、利得の向上及びデバイスの小型化を図ることができ
る。

【００３３】第４の実施の形態 図９は、本発明の第４の実施の形態の圧力センサデバイ
スを示す平面図であり、図９を参照して圧力センサデバ
イス３００について説明する。なお、図９において、図
１の圧力センサデバイス１０と同一の構成を有する部位
には同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３４】図９に示す圧力センサデバイス３００にお
いて、ダイヤフラム３１２に形成された圧力検出部３１
３は、２つのピエゾ抵抗部３１３ａ、３１３ｂからなっ
ている。このピエゾ抵抗部３１３ａ、３１３ｂはたとえ
ば中心線ＣＰ_X 上であって、中心線ＣＰ_Y に形成されて
いる。またこのピエゾ抵抗部３１３ａ、３１３ｂは、ダ
イヤフラム３１２の外周側に設けられている。そして、
ダイヤフラム３１２において、ピエゾ抵抗部３１３ａ、
３１３ｂを含むように矢印Ｘ方向に向かって略長方形状
に形成されていて、その幅Ｄ３１はたとえば０．６ｍｍ
に形成されている。

【００３５】このように、ダイヤフラム３１２における
厚肉領域３２２の割合を減らし、薄肉領域３２１の割合
を大きくすることで、圧力検出部３１３を含む厚肉領域
３２２に撓ませるためのエネルギーをより多く集めるこ
とができる。従って、圧力センサデバイス３００におい
て、利得の向上及びデバイスの小型化を図ることができ
る。

【００３６】第５の実施の形態 図１０は本発明の第５の実施の形態の圧力センサデバイ
スを示す平面図であり、図１０を参照して圧力センサデ
バイス４００について説明する。なお、図１０におい
て、図９の圧力センサデバイス３００と同一の構成を有
する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０に示す圧力センサデバイス４００において、ダイ
ヤフラム４１２における厚肉領域４２２はピエゾ抵抗部
３１３ａ、３１３ｂの形成部位の周辺のみ、それぞれた
とえば略長方形状形成されている。

【００３７】このように、ダイヤフラム４１２における
厚肉領域４２２の割合を減らし、薄肉領域４２１の割合
を大きくすることで、圧力検出部３１３を含む厚肉領域
４２２に撓ませるためのエネルギーをより多く集めるこ
とができる。従って、圧力センサデバイス４００におい
て、利得の向上及びデバイスの小型化を図ることができ
るようになる。

【００３８】図１１は、図１〜図１０に示す圧力センサ
デバイス１０、１００、２００、３００、４００及び従
来の圧力センサデバイス１のピエゾ抵抗部の歪み量を示
すグラフ図である。なお、図１１において、従来の圧力
センサデバイス１の歪み量を基準「１」としている。

【００３９】図１１において、従来の圧力センサデバイ
ス１の歪み量に対して、図１の圧力センサデバイス１０
におけるピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄの歪み量はほぼ２
倍となり、図６の圧力センサデバイス１００のピエゾ抵
抗部１３ａ〜１３ｄの歪み量はほぼ２．１倍となる。ま
た、従来の圧力センサデバイス１の歪み量に対して、図
８の圧力センサデバイス２００のピエゾ抵抗部１３ａ〜
１３ｄの歪み量はほぼ２．４倍、図９の圧力センサデバ
イス３００のピエゾ抵抗部３１３ａ、３１３ｂ歪み量は
ほぼ２．４倍、図１０の圧力センサデバイス４００のピ
エゾ抵抗部３１３ａ、３１３ｂの歪み量はほぼ３．１倍
となる。なお、各ピエゾ抵抗部１３ａ〜１３ｄ、３１３
ａ、３１３ｂの歪み量が２倍〜３倍になると、約６ｄＢ
〜１０ｄＢの利得の向上に相当する。このように、図１
〜図１０の圧力センサデバイス１０、１００、２００、
３００、４００において、従来の圧力センサデバイス１
よりも利得の向上が図られていることがわかる。

【００４０】図１２は本発明の信号処理装置の好ましい
実施の形態を示すブロック図であり、図１２を参照して
信号処理装置５００について説明する。信号処理装置５
００は、たとえば携帯情報端末等に用いられるものであ
って、音声入力部５１０、増幅アンプ５２０、ハイパス
フィルタ５３０、ローパスフィルタ５４０等を備えてい
る。音声入力部５１０はたとえばマイクであって、図１
〜図１０に示す圧力センサデバイス１０（１００、２０
０、３００、４００）からなっている。

【００４１】この音声入力部５１０は、４つの抵抗部Ｒ
１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を有しており、ブリッジ回路を形
成している。なお、この４つの抵抗部Ｒ１〜Ｒ４はそれ
ぞれ図１、図６及び図８における４つの各ピエゾ抵抗部
１３ａ〜１３ｄに対応している。また、音声入力部５１
０として図９及び図１０の圧力センサデバイス３００、
４００を用いた場合、各ピエゾ抵抗部３１３ａ、３１３
ｂは、それぞれたとえばＲ１、Ｒ２（Ｒ３、Ｒ４）に対
応しており、Ｒ３、Ｒ４（Ｒ１、Ｒ２）は予め設けられ
た基準抵抗からなるようにしている。このブリッジ回路
には電圧Ｖｃｃが印加されており、抵抗値の変化により
平衡状態が崩れると、圧力が電気信号として増幅アンプ
５１０に出力される。増幅アンプ５１０は、圧力デバイ
スセンサ１０で検出された圧力信号を増幅して、出力す
る機能を有している。また、ハイパスフィルタ５２０及
びローパスフィルタ５３０は、増幅アンプ５１０から出
力された圧力信号のうち、所定の周波数帯域のみスピー
カ等からなる音声処理装置に出力するものである。

【００４２】ここで、音声入力部５１０に音声が入力さ
れると、その圧力が圧力センサデバイス１０〜４００に
より圧力信号として増幅アンプ５１０に送られる。その
後圧力信号が増幅アンプにより増幅され、ハイパスフィ
ルタ５２０に送られる。このハイパスフィルタ５２０に
おいて、所定の周波数以上の圧力信号がローパスフィル
タ５３０に送られる。そして、ローパスフィルタ５３０
において、所定の周波数以下の圧力信号がスピーカ等の
音声処理装置に出力される。これにより、マイクに入力
された音声がたとえばスピーカや録音装置のような音声
処理装置に入力されることとなる。

【００４３】このように、携帯情報端末等の信号処理装
置５００において、利得を大幅に向上させた圧力センサ
デバイス１０、２００、３００、４００を用いることに
より、Ｓ／Ｎ比の大きい高品質の音声信号を扱うことが
できるようになる。

【００４４】上記各実施の形態によれば、ピエゾ抵抗部
１３ａ〜１３ｄ（３１３ａ、３１３ｂ）を形成したダイ
ヤフラム構造を有する圧力センサデバイス１０〜４００
において、ダイヤフラム構造が膜変形するときのピエゾ
抵抗部１３ａ〜１３ｄ（３１３ａ、３１３ｂ）の歪み変
形をより大きくすることにより、圧力センサデバイス１
０〜４００の感度を向上させることができる。

【００４５】さらに、圧力センサデバイス１０〜４００
の感度の向上に伴い、圧力センサデバイス１０〜４００
の大きさを小さくした場合であっても、所定の利得が得
られるようになるため、圧力センサデバイス１０〜４０
０の小型化を図ることができる。

【００４６】また、たとえば所定外形寸法の小型マイク
ロフォン（信号処理装置５００）において、利得を大幅
に向上した圧力センサデバイス１０〜４００を用いるこ
とにより、Ｓ／Ｎ比の大きい高品質の音声信号を扱うこ
とができる。さらに、圧力センサデバイス１０〜４００
の小型化を図ることができるため、携帯情報端末等の信
号処理装置５０において、筐体外形寸法を小さくするこ
とができる。

【００４７】本発明の実施の形態は、上記実施の形態に
限定されない。たとえば図４の厚肉領域２２内におい
て、厚肉領域２２はＳｉＯ₂ 膜１１ｂ側に厚くなるよう
に形成されているが、図１３（Ａ）に示すように、中空
部１１ｃ側に形成されていても良いし、図１３（Ｂ）に
示すように、ダイヤフラム１２の両面側にそれぞれ形成
されるようにしてもよい。また、図１３（Ｃ）に示すよ
うに、厚肉領域２２が略突起形状に形成されていても良
く、このとき、図１０に示すような厚みを形成している
場合、厚肉領域２２はリブ（突起形状）を形成すること
となる。さらに、図１もしくは図６の厚肉領域２２、１
２２の中央領域２２ａ、１２２ａは、正方形領域もしく
は菱形領域を有しているが、円形状もしくは楕円状に形
成されるようにしても良い。

【００４８】また、上述した圧力デバイスセンサ１０〜
４００の用途は、上述した信号処理装置５００に限られ
ず、たとえば汎用工業計測、血圧計、圧力スイッチ、気
圧計（絶対圧型）、医療機器等に使用しても良い。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダイヤフラムに所定の厚み分布を形成することで、小型
化及び高性能化を図ることができる圧力センサデバイス
及び信号処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧力センサデバイスの好ましい実施の
形態を示す斜視図。

【図２】本発明の圧力センサデバイスの好ましい実施の
形態を示す平面図。

【図３】本発明の圧力センサデバイスの好ましい実施の
形態を示す断面図。

【図４】本発明の圧力センサデバイスにおける厚肉領域
を示す断面図。

【図５】本発明の圧力センサデバイスにおけるダイヤフ
ラムの変形の様子を示す図。

【図６】本発明の圧力センサデバイスの第２の実施の形
態を示す平面図。

【図７】本発明の圧力センサデバイスにおけるダイヤフ
ラムの変形の様子を示す図。

【図８】本発明の圧力センサデバイスの第３の実施の形
態を示す平面図。

【図９】本発明の圧力センサデバイスの第４の実施の形
態を示す平面図。

【図１０】本発明の圧力センサデバイスの第５の実施の
形態を示す平面図。

【図１１】本発明の圧力センサデバイスにおけるピエゾ
抵抗部の歪み量を示すグラフ図。

【図１２】本発明の信号処理装置の好ましい実施の形態
を示すブロック図。

【図１３】本発明の圧力センサデバイスにおける厚肉領
域の別の実施の形態を示す断面図。

【図１４】従来の圧力センサデバイスの一例を示す図。

【符号の説明】

１０、１００、２００、３００、４００・・・圧力セン
サデバイス、１１・・・支持枠、１２、１１２、２１
２、３１２、４１２・・・ダイヤフラム、１３・・・圧
力検出部、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・・ピエ
ゾ抵抗部、２１、１２１、２２１、３２１、４２１・・
・薄肉領域、２２、１２２、２２２、３２２、４３３・
・・厚肉領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F055 AA05 AA39 BB01 BB19 CC02 DD05 EE14 FF11 FF49 GG15 4M112 AA01 BA01 CA09 DA02 DA10 EA03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空部を有する支持枠と、前記中空部の
   底面に形成され、圧力の印加により変形するダイヤフラ
   ムと、前記ダイヤフラムに設けられていて、前記ダイヤ
   フラムの変形により歪むことで圧力を電気的信号として
   検出する圧力検出部とを備えた圧力センサデバイスにお
   いて、 前記ダイヤフラムは、 薄肉領域と、 前記圧力検出部の一部もしくは全部を含んでおり、前記
   薄肉領域の厚みよりも厚くなるように形成された厚肉領
   域と、 を有することを特徴とする圧力センサデバイス。
2. 【請求項２】 前記圧力検出部は複数のピエゾ抵抗部を
   有しており、複数の前記ピエゾ抵抗部はそれぞれ前記ダ
   イヤフラムの外周側に形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の圧力センサデバイス。
3. 【請求項３】 前記厚肉領域は、前記ダイヤフラムの一
   面もしくは両面に略平面上もしくは突起形状に形成され
   たことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサデバイ
   ス。
4. 【請求項４】 前記厚肉領域は、ほぼ均一の厚さに形成
   された前記ダイヤフラムに厚肉部を設けることにより形
   成されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ
   デバイス。
5. 【請求項５】 前記厚肉領域は、前記圧力検出部の一部
   または全部を含むように形成されたピエゾ形成領域と、
   前記ダイヤフラムのほぼ中央部分に略正方形状もしくは
   略菱形形状に形成された中央領域を有することを特徴と
   する請求項１に記載の圧力センサデバイス。
6. 【請求項６】 前記厚肉領域は、略十字状に形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサデバ
   イス。
7. 【請求項７】 前記厚肉領域は、略帯状に形成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサデバイ
   ス。
8. 【請求項８】 前記厚肉領域は、前記圧力検出部の周辺
   部位にのみ形成されていることを特徴とする請求項１に
   記載の圧力センサデバイス。
9. 【請求項９】 音声を入力する音声入力部として圧力セ
   ンサデバイスを用いた信号処理装置において、 前記圧力センサデバイスは、 中空部を有する支持枠と、前記中空部の底面に形成さ
   れ、圧力の印加により変形するダイヤフラムと、前記ダ
   イヤフラムに設けられていて、前記ダイヤフラムの変形
   により歪むことで圧力を電気的信号として検出する圧力
   検出部とを備えており、 前記ダイヤフラムは、 薄肉領域と、 前記圧力検出部の一部もしくは全部を含んでおり、前記
   薄肉領域の厚みよりも厚くなるように形成された厚肉領
   域と、 を有することを特徴とする信号処理装置。