JP2005181292A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タイヤ内の空気圧の監視など、気体や液体などの圧力変動を検出するのに用いられる圧力センサモジュールに関するものである。 The present invention relates to a pressure sensor module used for detecting pressure fluctuations such as gas and liquid, such as monitoring of air pressure in a tire.
従来より、気体や液体などの圧力の変動を検出する圧力センサとして、センサ部に印加される圧力の変動を発振周波数の変化として検出する圧力センサが用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, pressure sensors that detect fluctuations in pressure applied to a sensor unit as changes in oscillation frequency have been used as pressure sensors that detect fluctuations in pressure of gas or liquid.
係る従来の圧力センサとしては、圧電基板51上に、櫛歯状電極より構成される弾性表面波素子54及び弾性表面波素子57を有するとともに、弾性表面波素子54が形成された領域が、弾性表面波素子57が形成された領域よりも厚みを薄く設定された構造のものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
Such a conventional pressure sensor has a surface
上述した圧力センサは、厚みを薄くした領域に形成されている弾性表面波素子54において、圧力を受けたことによって、表面応力が変化し弾性表面波の音速が変化するとともに、弾性表面波素子54の電極の間隔も変化することにより、弾性表面波素子54の共振周波数が変化し、この共振周波数の変化により圧力を検出する機能を有した圧力センサである。また、同一の圧電基板上に形成された弾性表面波素子57の共振周波数の変化に応じて温度補正する機能も有している。
しかしながら、上述した従来の圧力センサにおいては、圧電基板51の一部に肉薄部を形成しているが、例えば小型化を図る必要がある場合には肉薄部の面積を大きく確保することができないので、圧力を受けてもその変形量が少なく、圧力センサとして高い感度を得ることができないという問題があった。また、弾性表面波素子57及び弾性表面波素子54を同一面内に形成する為、圧電基板の面積が広くなり、小型化を図ることが困難であるという問題もあった。
However, in the conventional pressure sensor described above, a thin portion is formed in a part of the
本発明は上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は、圧力を受けたときの弾性表面波素子の変形を大きくして感度を良くするとともに、小型化が可能で高信頼性の圧力センサを提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and its purpose is to increase the deformation of the surface acoustic wave element when subjected to pressure to improve sensitivity, and to enable downsizing and high reliability. It is to provide a pressure sensor.
本発明の圧力センサは、上面に参照用弾性表面波素子を有した第1圧電基板上に、該第1圧電基板よりも厚みが薄く、下面に圧力検出用弾性表面波素子を有した第2圧電基板を搭載するとともに、前記圧力検出用弾性表面波素子及び参照用弾性表面波素子を前記第1圧電基板と前記第2圧電基板との間に介在される封止材で囲繞してなることを特徴とするものである。 The pressure sensor of the present invention is a second piezoelectric substrate having a surface acoustic wave element for pressure detection on a lower surface of a first piezoelectric substrate having a surface acoustic wave element for reference on the upper surface, which is thinner than the first piezoelectric substrate. A piezoelectric substrate is mounted, and the surface acoustic wave element for pressure detection and the surface acoustic wave element for reference are surrounded by a sealing material interposed between the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate. It is characterized by.
また本発明の圧力センサは、前記参照用弾性表面波素子の周波数変化に応じて温度補正しつつ、前記圧力検出用弾性表面波素子の変形によって圧力変動を検出することを特徴とするものである。 The pressure sensor according to the present invention is characterized in that a pressure fluctuation is detected by deformation of the surface acoustic wave element for pressure detection while temperature correction is performed in accordance with a frequency change of the surface acoustic wave element for reference. .
更に本発明の圧力センサは、前記第1圧電基板及び前記第2圧電基板は、同一の圧電単結晶から成るとともに、該圧電単結晶の対応する結晶軸の向きが略平行となるように配置されていることを特徴とするものである。 Furthermore, in the pressure sensor of the present invention, the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate are made of the same piezoelectric single crystal and are arranged so that the directions of the corresponding crystal axes of the piezoelectric single crystal are substantially parallel. It is characterized by that.
また更に本発明の圧力センサは、前記第1圧電基板及び前記第2圧電基板は、同一の圧電単結晶から成るとともに、両圧電基板のカット角及び、前記圧電単結晶の結晶軸に対する弾性表面波の伝搬方向が略同一若しくは結晶学的に等価であることを特徴とするものである。 Furthermore, in the pressure sensor of the present invention, the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate are made of the same piezoelectric single crystal, and the cut angle of both piezoelectric substrates and the surface acoustic wave with respect to the crystal axis of the piezoelectric single crystal. The propagation directions are substantially the same or crystallographically equivalent.
更にまた本発明の圧力センサは、前記第1圧電基板及び前記第2圧電基板は、矩形状を成しているとともに、同一の圧電多結晶から成り、両圧電基板の長手方向の線膨張係数が略同一であることを特徴とするものである。 Furthermore, in the pressure sensor of the present invention, the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate have a rectangular shape and are made of the same piezoelectric polycrystal, and the linear expansion coefficient in the longitudinal direction of both piezoelectric substrates is the same. It is characterized by being substantially identical.
また更に本発明の圧力センサは、前記封止材が導体材料から成り、且つ該封止材が前記第1圧電基板の下面に設けられるグランド端子に電気的に接続されていることを特徴とするものである。 Furthermore, in the pressure sensor of the present invention, the sealing material is made of a conductive material, and the sealing material is electrically connected to a ground terminal provided on the lower surface of the first piezoelectric substrate. Is.
更にまた本発明の圧力センサは、前記第2圧電基板の下面で、前記封止材の内側に、前記圧力検出用弾性表面波素子に電気的に接続される電極パッドが設けられ、前記第1圧電基板の上面で、前記封止材の内側に、前記電極パッドに導電性接合材を介して電気的に接続される接続パッドが設けられていることを特徴とするものである。 Furthermore, in the pressure sensor of the present invention, an electrode pad electrically connected to the surface acoustic wave element for pressure detection is provided on the lower surface of the second piezoelectric substrate and inside the sealing material. A connection pad that is electrically connected to the electrode pad via a conductive bonding material is provided on the upper surface of the piezoelectric substrate and inside the sealing material.
本発明の圧力センサによれば、圧力検出用弾性表面波素子を設けた第2圧電基板の厚みを、参照用弾性表面波素子を有した第1圧電基板の厚みに比して全体的に薄くなしたことから、圧力を受けたときの圧力検出用弾性表面波素子の変形が大きくなり、圧力センサとして高い感度が得られるようになる。 According to the pressure sensor of the present invention, the thickness of the second piezoelectric substrate provided with the pressure detecting surface acoustic wave element is generally thinner than the thickness of the first piezoelectric substrate including the reference surface acoustic wave element. As a result, deformation of the surface acoustic wave element for pressure detection when receiving pressure is increased, and high sensitivity can be obtained as a pressure sensor.
一方、参照用弾性表面波素子と圧力検出用弾性表面波素子とを、それぞれが重なり合う異なった圧電基板に設けたことから、同一面内に形成する電極が少なくなり、弾性表面波素子の面積を小さくできるので、小型化を図ることができる。 On the other hand, since the surface acoustic wave element for reference and the surface acoustic wave element for pressure detection are provided on different overlapping piezoelectric substrates, fewer electrodes are formed on the same plane, and the surface area of the surface acoustic wave element is reduced. Since the size can be reduced, the size can be reduced.
また本発明の圧力センサによれば、参照用弾性表面波素子の周波数変化に応じて温度補正しつつ、圧力検出用弾性表面波素子の変形によって圧力変動を検出することにより、圧力検出精度を高めることができる。 According to the pressure sensor of the present invention, the pressure detection accuracy is improved by detecting the pressure fluctuation by the deformation of the pressure detecting surface acoustic wave element while correcting the temperature according to the frequency change of the reference surface acoustic wave element. be able to.
また更に本発明の圧力センサによれば、第1圧電基板及び第2圧電基板が、同一の圧電単結晶から成るとともに、該圧電単結晶の対応する結晶軸の向きが略平行となるように配置することにより、両圧電基板において任意の同一方向における熱膨張係数が等しくなるので、第1圧電基板上に第2圧電基板を搭載した場合に、熱履歴が加わることによるクラックの発生等の不具合を低減することができる。 Still further, according to the pressure sensor of the present invention, the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate are made of the same piezoelectric single crystal, and the directions of the corresponding crystal axes of the piezoelectric single crystal are arranged substantially parallel to each other. As a result, the thermal expansion coefficients in the same direction in both piezoelectric substrates are equal, so that when the second piezoelectric substrate is mounted on the first piezoelectric substrate, there is a problem such as the occurrence of cracks due to the addition of thermal history. Can be reduced.
更にまた本発明の圧力センサによれば、第1圧電基板及び第2圧電基板が、同一の圧電単結晶から成るとともに、両圧電基板のカット角及び、圧電単結晶の結晶軸に対する弾性表面波の伝搬方向を略同一若しくは結晶学的に等価となすことにより、参照用弾性表面波素子と圧力検出用弾性表面波素子の温度特性を実質的に一致させることができ、参照用弾性表面波素子を用いた温度補正を容易に行うことが可能となる。 Furthermore, according to the pressure sensor of the present invention, the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate are made of the same piezoelectric single crystal, and the cut angle of both piezoelectric substrates and the surface acoustic wave with respect to the crystal axis of the piezoelectric single crystal. By making the propagation directions substantially the same or crystallographically equivalent, it is possible to substantially match the temperature characteristics of the surface acoustic wave element for reference and the surface acoustic wave element for pressure detection. The used temperature correction can be easily performed.
また更に本発明の圧力センサによれば、第1圧電基板及び前2圧電基板が、矩形状を成しているとともに、同一の圧電多結晶により形成し、両圧電基板の長手方向の線膨張係数も略同一となすことにより、第1圧電基板上に第2圧電基板を搭載した場合に、熱履歴の印加等に起因したクラックの発生等の不具合を低減することができる。 Furthermore, according to the pressure sensor of the present invention, the first piezoelectric substrate and the front two piezoelectric substrates have a rectangular shape and are formed of the same piezoelectric polycrystal, and the linear expansion coefficient in the longitudinal direction of both piezoelectric substrates. By making them substantially the same, when the second piezoelectric substrate is mounted on the first piezoelectric substrate, it is possible to reduce inconveniences such as generation of cracks due to application of thermal history.
更にまた本発明の圧力センサによれば、封止材を導体材料から成し、第1圧電基板の下面に設けられるグランド端子に電気的に接続することにより、参照用弾性表面波素子及び圧力検出用弾性表面波素子の電磁的遮蔽状態を改善することもできる。 Furthermore, according to the pressure sensor of the present invention, the sealing material is made of a conductive material, and electrically connected to the ground terminal provided on the lower surface of the first piezoelectric substrate, so that the surface acoustic wave element for reference and the pressure detection are provided. It is also possible to improve the electromagnetic shielding state of the surface acoustic wave element for use.
また更に本発明の圧力センサによれば、第2圧電基板の下面で、封止材の内側に、圧力検出用弾性表面波素子に電気的に接続される電極パッドを設け、第1圧電基板の上面で、封止材の内側に、電極パッドに導電性接合材を介して電気的に接続される接続パッドを設けておくことにより、参照用弾性表面波素子及び圧力検出用弾性表面波素子に加え、両素子の電気的な接続部についても外部環境より良好に保護することができる。 Furthermore, according to the pressure sensor of the present invention, an electrode pad electrically connected to the surface acoustic wave element for pressure detection is provided inside the sealing material on the lower surface of the second piezoelectric substrate, By providing a connection pad electrically connected to the electrode pad via a conductive bonding material inside the sealing material on the upper surface, the surface acoustic wave element for reference and the surface acoustic wave element for pressure detection are provided. In addition, the electrical connection between both elements can be better protected than the external environment.
以下、本発明の圧力センサを図面に基づいて詳説する。 Hereinafter, the pressure sensor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態に係る圧力センサの断面図、図2は本発明の一実施形態に係る圧力センサの主要部分の外観斜視図、図3は本発明の一実施形態に係る圧力センサに用いる第1圧電基板の外観斜視図であり、同図に示す圧力センサは、大略的に、第1圧電基板1、第2圧電基板2、封止材5及び導電性接合材6とで構成されている。
1 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an external perspective view of a main part of the pressure sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a pressure according to an embodiment of the present invention. 1 is an external perspective view of a first piezoelectric substrate used for a sensor. The pressure sensor shown in FIG. 1 is roughly composed of a first
第1圧電基板1は、水晶や、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの、圧電性を示す単結晶(以下、圧電単結晶と称する。)から成り、インゴットより所定のカット角にて切断して主面を形成しており、上面には参照用弾性表面波素子4a及び接続パッド4bが被着され、下面には外部端子9が被着され、上面と下面とを電気的に接続するためのビアホール導体8を形成した構造を有している。
The first
参照用弾性表面波素子4aは、圧電単結晶から成る圧電基板1の表面に形成されたインターデジタルトランスデューサ(以下、IDTと略記する。)4aaと、IDT4aaの弾性表面波の伝搬方向の両側に形成した反射器4abとから成り、所定の周波数で共振する弾性表面波共振子とされている。また、IDT4aa及び反射器4abは、アルミニウムや金等の金属材料をスパッタや蒸着等の成膜工法により被着し、またフォトリソグラフィー等の技術を使用してパターンニングして形成される。
The surface
接続パッド4b及び外部端子9は、IDT4aa及び反射器4abと同じ材料・工法により形成可能であるが、密着強度の向上のため膜厚を厚く形成しておくことが好ましい。またビアホール導体8は、第1圧電基板1を貫通する孔をサンドブラスト法等により形成した後に、Ni、Cu、Au等をメッキすることにより充填形成される。
The
第2圧電基板2は、第1圧電基板1と同一の圧電単結晶から成り、第1圧電基板1に対して、カット角及び、圧電単結晶の結晶軸に対する弾性表面波の伝搬方向が略同一若しくは結晶学的に等価となるようにされている。ここで“略同一”とは、完全に同一である場合に加えて、±0.5°以内の範囲内でずれている場合を含み、また“結晶学的に等価”なカット角とは、そのカットによって切り出された圧電基板の主面が結晶学的に等価な面であることを意味し、“結晶学的に等価”な面とは、結晶の有する対称性によって等価となる面のことである。同様に“結晶学的に等価”な方向とは、結晶の有する対称性によって等価となる方向である。例えば、正方晶であるLBO(Li2B4O7)では、例えばX面とY面とは等価な面であり、例えば、X方向とY方向とは等価な方向である。
The second
また、第1圧電基板1に第2圧電基板2を搭載する際は、両基板の圧電単結晶の対応する結晶軸の向きが略平行となるように配置する。これによって、両圧電基板において任意の同一方向における熱膨張係数が等しくなるので、例えば第1圧電基板上に第2圧電基板を搭載する際など大きな温度変化が生じる場合に、熱膨張係数の違いによって接合部に大きな応力が生じ、クラックの発生等の不具合が生じるのを有効に抑制することができる。なお、ここで“略平行”とは、完全に平行である場合に加えて、±0.5°以内の範囲内で結晶軸がずれている場合も含むものである。
Further, when the second
また、第2圧電基板2の下面には、圧力検出用弾性表面波素子7a及び電極パッド7bを被着させた構造を有している。また第2圧電基板2は、第1圧電基板よりも厚みが薄く成るように設定されている。例えば、第1圧電基板1の厚みが200〜300μmに設定されるのに対し、第2圧電基板の厚みは50〜75μmに設定される。
The second
圧力検出用弾性表面波素子7aは、参照用弾性表面波素子4aと同様に、IDTと、IDTの弾性表面波の伝搬方向の両側に形成した一対の反射器とから成る弾性表面波共振子とされており、共振周波数も参照用弾性表面波素子4aと一致させている。
Similar to the reference surface
電極パッド7bは、後述する導電性接合材6を介して先述した接続パッド4bと電気的に接続するためのものであり、接続パッド4bと同様に厚みを厚く形成しておくことが好ましい。
The
導電性接合材6は、ハンダ若しくは高融点のロウ材であるAuSnなどが利用可能であるが、高融点のロウ材であるAuSnを用い、圧力センサ10をマザーボード等に搭載する工程において、熱が印可された場合においても、導電性接合材6が再溶融して特性が変化しないようにすると良い。尚、AuSnの他にはAuSiやSnAgCu等を用いても同様の効果が得られるので、これらを採用してもかまわない。
As the
そして、第1圧電基板1と第2圧電基板2との間に、先述した参照用弾性表面波素子4a、圧力検出用弾性表面波素子7a、接続パッド4b及び電極パッド7bを囲繞するようにして、封止材5が介在されている。
The reference surface
封止材5は、樹脂を用いても良いが、予め第1圧電基板1の上面に封止パッド4cを、第2圧電基板2の下面に封止電極7cを被着・形成しておけば、導体材料を用いることも可能であり、さらには導電性接合材6と同じ材料を用いることが可能である。封止材5に熱伝導に優れた導体材料を用いることにより、導電性接合材6の効果と併せて、圧力検出用弾性表面波素子7aと参照用弾性表面波素子4aとの間の熱伝導を良好なものとすることができるため、圧力検出用弾性表面波素子7aと参照用弾性表面波素子4aとの温度を略等しくすることができ、後に述べるように、温度補正を簡便に行うことが可能となる。
A resin may be used for the sealing
また、封止材5に導電性材料を用い、第1圧電基板1の下面に設けられるグランド端子に電気的に接続すると、参照用弾性表面波素子4a及び圧力検出用弾性表面波素子7aの周囲をグランド電位に接続された封止材5で囲繞することとなり、電磁的遮蔽性を高める効果を奏する。ここで述べたグランド端子とは、具体的には上述した外部端子9の中のグランド電位に接続されるものを意味し、封止材5は封止パッド4cとビアホール導体8を介してグランド端子と接続される。
Further, when a conductive material is used for the sealing
尚、図中に示される電極4dは、参照用弾性表面波素子4aとビアホール導体8とを接続するランドであり、第2圧電基板2とは電気的に接続されないようにしている。
The
本実施形態の圧力センサ10において、厚みを薄くした第2圧電基板2の下面に形成された圧力検出用弾性表面波素子7aは、外部からの圧力を受けると変形し、歪みが生じた部分の弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、圧力検出用弾性表面波素子7aのIDTの電極指の間隔も変化し、両者の作用によって共振周波数が変化する。よって、弾性表面波素子7aの共振周波数の変化によって圧力の変化を検出することができる。
In the
ここで、一般的に弾性表面波素子7aは所定の温度特性を有しており、その共振周波数が温度変化によっても変化する。よって、温度変化による影響を取り除く必要があり、そのために参照用弾性表面波素子4aが使用される。すなわち、参照用弾性表面波素子4aは、厚みが厚いので外部からの圧力を受けても上述したような変化は起こりにくい。このため、その共振周波数は温度の変化のみに応じて変化することとなり、これを利用して圧力検出用弾性表面波素子7aの共振周波数の変化データを補正し、温度変化による影響をほぼ取り除くことができる。
Here, the surface acoustic wave element 7a generally has a predetermined temperature characteristic, and its resonance frequency also changes due to a temperature change. Therefore, it is necessary to remove the influence due to the temperature change, and for this purpose, the reference surface
ここで、もし、圧力検出用弾性表面波素子7aと参照用弾性表面波素子4aの温度特性が異なっていれば、参照用弾性表面波素子4aの共振周波数のデータと温度特性データとを比較して温度を算出し、その温度データと圧力検出用弾性表面波素子7aの温度特性データとを比較して圧力検出用弾性表面波素子7aの温度による共振周波数変化分を算出し、それを用いて温度変化による影響を取り除かなければならない。
Here, if the temperature characteristics of the pressure detecting surface acoustic wave element 7a and the reference surface
これに対して本実施形態の圧力センサ10においては、第1圧電基板1と第2圧電基板2とを、同一の圧電単結晶から成るとともに、両圧電基板のカット角及び、圧電単結晶の結晶軸に対する弾性表面波の伝搬方向が略同一若しくは結晶学的に等価となるようにすることで、参照用弾性表面波素子4aと圧力検出用弾性表面波素子7aの温度特性を一致させている。従って、圧力検出用弾性表面波素子7aの温度と参照用弾性表面波素子4aの温度とが略一致するように配置することにより、圧力センサ10に生じた温度変化による両弾性表面波素子の共振周波数の変化量が等しくなり、圧力検出用弾性表面波素子7aの共振周波数と参照用弾性表面波素子4aの共振周波数との差をとるだけで、温度変化による影響を殆ど取り除くことができ、非常に簡便な構成及び方法で温度補正を実現することができる。
On the other hand, in the
また、圧力検出用弾性表面波素子7a及び参照用弾性表面波素子4aの共振周波数の変化を検出するためには、例えば、両弾性表面波素子にそれぞれ外部の増幅回路を接続して弾性表面波素子の共振周波数に応じた発振周波数で発振する発振回路を構成し、それぞれの発振周波数を検出する。すなわち、圧力や温度の変化に応じて弾性表面波素子の共振周波数が変化し、その共振周波数の変化に応じて発振回路の発振周波数が変化するため、発振周波数の変化によって圧力や温度の変化を検出することができる。
In order to detect changes in the resonance frequency of the surface acoustic wave element 7a for pressure detection and the surface
更に、温度補正を行う際も、例えば圧力検出用弾性表面波素子7aを含む発振回路の出力信号と参照用弾性表面波素子4aを含む発振回路の出力信号とをミキサーに入力すると、両信号の周波数の差に相当する周波数の信号を出力することができるため、これによって容易に温度変化による影響を殆ど取り除くことができる。
Further, when performing the temperature correction, for example, if the output signal of the oscillation circuit including the pressure detecting surface acoustic wave element 7a and the output signal of the oscillation circuit including the reference surface
このように本実施形態の圧力センサ10は、圧力検出用弾性表面波素子7aを設けた第2圧電基板2の厚みを、参照用弾性表面波素子4aを有した第1圧電基板1の厚みに比して全体的に薄くなしたことから、圧力を受けたときの変形量が大きくなり、圧力センサとして高い感度が得られることとなる。
As described above, in the
これに加えて、参照用弾性表面波素子4aと圧力検出用弾性表面波素子7aとは、それぞれが重なり合う異なった圧電基板に設けられている。これによって、同一面内に形成する電極が少なくなり、圧電基板の面積を小さくできるので、圧力センサの小型化を図ることが可能となる。
In addition, the surface acoustic wave element for
また本実施形態の圧力センサ10は、第1圧電基板1及び第2圧電基板2を同一の圧電単結晶から成るとともに、圧電単結晶の対応する結晶軸の向きが略平行となるように配置したことから、2つの圧電基板の任意の同一方向における熱膨張係数が同じになるので、熱履歴が加わることによるクラックの発生等の不具合が低減される。
In the
更に、本実施形態の圧力センサ10においては、第1圧電基板1と第2圧電基板2とを、同一の圧電単結晶から成るとともに、両圧電基板のカット角及び、圧電単結晶の結晶軸に対する弾性表面波の伝搬方向が略同一若しくは結晶学的に等価となるようにしているので、参照用弾性表面波素子4aと圧力検出用弾性表面波素子7aの温度特性を一致させることが可能となり、圧力検出用弾性表面波素子7aの温度と参照用弾性表面波素子4aの温度とが略等しくなるようにすることによって、非常に簡便な構成及び方法で温度補正を実現することができる。
Furthermore, in the
また更に、本実施形態の圧力センサ10においては、第2圧電基板2の下面で、封止材5の内側に、圧力検出用弾性表面波素子7aに電気的に接続される電極パッド7bが設けられ、第1圧電基板1の上面で、封止材5の内側に、電極パッド7bに導電性接合材6を介して電気的に接続される接続パッド4bが設けられているので、参照用弾性表面波素子4a及び圧力検出用弾性表面波素子7aと共に、両素子の電気的な接続部についても外部環境より良好に保護することができる。
Furthermore, in the
次に、上述した第1圧電基板1と第2圧電基板2とを接続する方法について説明する。
Next, a method for connecting the first
先ず、上面に参照用弾性表面波素子4a及び接続パッド4bを有する第1ウエハーと、下面に圧力検出用弾性表面波素子7a及び電極パッド7bを有する第2ウエハーを準備する。ここで用いる第1ウエハーは第1圧電基板1の集合基板であり、第2ウエハーは第2圧電基板2の集合基板であり、その厚みは200〜300μmに設定される。
First, a first wafer having a reference surface
次に、第1ウエハーの接続パッド4bと第2ウエハーの電極パッド7bとを、第1ウエハーの封止パッド4cと第2ウエハーの封止電極7cとを、それぞれ半田ペーストを介して仮接続する。本実施形態では、半田ペーストには、AuSn粉末を有機ビヒクル中に分散させたものを用いた。また、半田ペーストは、接続パッド4b上に、従来周知のスクリーン印刷法等により塗布・形成した。また、第2ウエハーの各電極パッド7b及び封止電極7cは、対応する各接続パッド4b及び封止パッド4cと対向し、更に、第1ウエハーと第2ウエハーとは対応する結晶軸の向きをそれぞれ一致させる。
Next, the
次に、第1ウエハー及び第2ウエハーを加熱して半田ペーストを溶融することにより、参照用弾性表面波素子4a及び圧力検出用弾性表面波素子7aが封止材5で囲繞されるとともに、各接続パッド4bが導電性接合材6を介して各電極パッド7bに電気的に接続される。
Next, by heating the first wafer and the second wafer to melt the solder paste, the reference surface
このようにして第1ウエハーに固定された第2ウエハーを、上側からラッピング等により研磨して厚みを50〜75μmに設定する。 Thus, the 2nd wafer fixed to the 1st wafer is ground by lapping etc. from the upper side, and thickness is set to 50-75 micrometers.
次に、ダイシングにより、第2ウエハーのみを切断して、第2ウエハーを複数個の第2圧電基板に分割させた後、隣接する第2圧電基板間の間隙を埋めるように、液状の樹脂を塗布し、熱硬化させる。尚、本実施形態においては、液状樹脂を塗布した際、間隙を効果的に埋める必要があるので、真空印刷を用いると良い。 Next, only the second wafer is cut by dicing, the second wafer is divided into a plurality of second piezoelectric substrates, and then a liquid resin is filled so as to fill the gaps between the adjacent second piezoelectric substrates. Apply and heat cure. In the present embodiment, when the liquid resin is applied, it is necessary to effectively fill the gap, so it is preferable to use vacuum printing.
そして、第1ウエハーを、上述した樹脂とともにダイシング等により切断することにより、第1ウエハーが第1圧電基板1に分割され、圧力センサ10が製作されることとなる。
Then, by cutting the first wafer together with the above-described resin by dicing or the like, the first wafer is divided into the first
ここで、本実施形態の圧力センサ10には、第2圧電基板2の側面及び圧力検出用弾性表面波素子7aが形成された領域以外の上部には樹脂から成る保護材3を有しており、厚みの薄い第2圧電基板2の端面部が保護される構成としている。
Here, the
かくして構成した圧力センサ10は、例えば、外部の増幅器と回路的に接続して発振回路を構成し、これに電源及びアンテナ部品を組み合わせることによって、例えば、自動車のタイヤに取り付けられてタイヤの空気圧の変化に応じて無線信号を送信出力するような圧力センサ装置として機能する。
The
次に本発明の他の実施形態に係る圧力センサについて図4を用いて説明する。尚、本実施形態においては先に述べた図1乃至図3の実施形態と異なる点についてのみ説明し、同様の構成要素については同一の参照符を用いて重複する説明を省略するものとする。 Next, a pressure sensor according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, only differences from the above-described embodiment shown in FIGS. 1 to 3 will be described, and the same components will be denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted.
図4は本実施形態の圧力センサに用いる第1基板1を示す外観斜視図である。本実施形態の圧力センサが先に述べた図1乃至図3の圧力センサと異なる点は、参照用弾性表面波素子14aが、センサ基板1の表面に間隔をあけて配置された一対のIDT電極4aaと、その間の弾性表面波の伝搬路4afとで構成される弾性表面波遅延線とされており、圧力検出用弾性表面波素子17a(図示せず。)も同様に、第2圧電基板2の下面に所定の間隔をあけて配置された一対のIDTと、その間の弾性表面波の伝搬路とで構成される弾性表面波遅延線とされていることである。また、両弾性表面波素子の弾性表面波の伝播方向の両側には、弾性表面波を減衰させ、圧電基板の端部などで弾性表面波が反射するのを防止するために、シリコン樹脂などから成るダンピング材4hが形成されている。
FIG. 4 is an external perspective view showing the
そして、第2圧電基板2に外部からの圧力が上方より印加され、第2圧電基板2が変形すると、圧力検出用弾性表面波素子17aにおいて、弾性表面波の伝搬路の長さが変化すると同時に、歪みが生じた部分の弾性表面波の伝搬速度が変化し、両者の作用によって電気信号の遅延時間が変化するため、遅延時間の変化を検出することによって、先の実施形態の場合と同様に圧力の変化を検出することができる。
Then, when external pressure is applied to the second
遅延時間の変化を検出するためには、例えば圧力検出用弾性表面波素子17aに増幅回路を接続することによって、弾性表面波遅延線によって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を構成する。これによって、先の実施形態の場合と同様に、圧力の変化を発振周波数の変化として検出することができ、本実施形態における圧力検出用弾性表面波素子17aも先の実施形態における圧力検出用弾性表面波素子7aと同様に圧力検出素子として機能する。 In order to detect a change in the delay time, for example, an oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to the delay time of the electric signal generated by the surface acoustic wave delay line by connecting an amplifier circuit to the surface acoustic wave element 17a for pressure detection. Configure. As a result, as in the previous embodiment, a change in pressure can be detected as a change in oscillation frequency, and the surface acoustic wave element 17a for pressure detection in this embodiment is also the elasticity for pressure detection in the previous embodiment. Like the surface wave element 7a, it functions as a pressure detection element.
また、参照用弾性表面波素子14aも同様に増幅回路に接続し、参照用弾性表面波素子14aによって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を構成する。これによって先の実施形態の場合と同様に、例えば2つの発振回路の出力信号をミキサーに入力し、両信号の周波数の差に相当する周波数の信号を出力することによって、容易に温度変化による影響を殆ど取り除くことができる。 Similarly, the surface acoustic wave element 14a for reference is also connected to the amplifier circuit to constitute an oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to the delay time of the electric signal generated by the surface acoustic wave element 14a for reference. As in the case of the previous embodiment, for example, the output signals of the two oscillation circuits are input to the mixer, and a signal having a frequency corresponding to the difference between the frequencies of the two signals is easily output. Can be almost removed.
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良が可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change and improvement are possible within the range which does not deviate from the summary of this invention.
例えば、上述した実施形態においては、2つの圧電基板に単結晶圧電材料を用いているが、これに代えて、多結晶圧電材料を用いても構わない。特にこの場合、第1圧電基板1及び第2圧電基板2が、矩形状を成すとともに、同一の圧電多結晶により形成し、更に両圧電基板の長手方向の線膨張係数を略同一(同一及び±10%以内の範囲内)に設定することにより、例えば第1圧電基板1上に第2圧電基板2を搭載する際など大きな温度変化が生じる場合に、熱膨張係数の違いによって接合部に大きな応力が生じ、クラックの発生等の不具合が生じるのを有効に抑制することができる。
For example, in the above-described embodiment, the single crystal piezoelectric material is used for the two piezoelectric substrates, but a polycrystalline piezoelectric material may be used instead. In particular, in this case, the first
また、この場合に、第1圧電基板1及と第2圧電基板2とを同一の圧電多結晶から成すとともに、分極方向に対する弾性表面波の伝搬方向を、圧力検出用弾性表面波素子7aと参照用弾性表面波素子4aとにおいて一致させることにより、両弾性表面波素子の温度特性を一致させることができ、上述した実施形態と同様に簡便な方法で温度補正をすることが可能となる。
In this case, the first
1・・・第1圧電基板
2・・・第2圧電基板
3・・・保護材
4a、14a・・・参照用弾性表面波素子
4b・・・接続パッド
5・・・封止材
6・・・導電性接合材
7a、17a・・・圧力検出用弾性表面波素子
7b・・・電極パッド
8・・・ビアホール導体
9・・・外部端子
10・・・圧力センサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1圧電基板の上面で、前記封止材の内側に、前記電極パッドに導電性接合材を介して電気的に接続される接続パッドが設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の圧力センサ。 On the lower surface of the second piezoelectric substrate, an electrode pad electrically connected to the surface acoustic wave element for pressure detection is provided inside the sealing material,
2. The connection pad that is electrically connected to the electrode pad via a conductive bonding material is provided on the upper surface of the first piezoelectric substrate inside the sealing material. The pressure sensor according to claim 6.
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