JP2005208043A - Pressure sensor device - Google Patents

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Ko Matsuo
香 松尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure sensor device capable of contributing to miniaturization and improvement in productivity of pressure sensor devices by providing an acceleration detecting element on a piezoelectric substrate as an integrated unit with a pressure detection part. <P>SOLUTION: At least one end side of the piezoelectric substrate 10 is extended outwardly beyond a fixing position to a supporting substrate 30 with it separated from the upper surface of the supporting substrate 30, and the acceleration detecting element 21 is formed on the extension part. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、圧力の変動を検出して所定の電気信号を発信する圧力センサ装置に関するものである。   The present invention relates to a pressure sensor device that detects a change in pressure and transmits a predetermined electrical signal.

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知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, pressure sensors that detect fluctuations in pressure applied to a sensor unit as changes in oscillation frequency are known as pressure sensors that detect fluctuations in pressure of gas or liquid.

かかる従来の圧力センサ100としては、例えば図12に示す如く、圧電基板101の肉薄部102に形成される弾性表面波素子103と、この弾性表面波素子103に配線部105を介して接続される発振器106とで構成されたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。   As such a conventional pressure sensor 100, for example, as shown in FIG. 12, a surface acoustic wave element 103 formed in a thin portion 102 of a piezoelectric substrate 101 and a surface acoustic wave element 103 are connected via a wiring portion 105. What is comprised with the oscillator 106 is known (for example, refer patent document 1).

このような圧力センサ100においては、センサ部を構成する弾性表面波素子103が圧電基板101の肉薄部102に形成されており、圧力を受けると肉薄部に歪みが生じ、その部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波素子103の電極104の間隔が変化する。そして、それぞれの作用によって弾性表面波素子103の共振周波数が変化する。そして弾性表面波素子103の共振周波数の変化に基づいて、発振器106に組み込まれた発振回路により電気信号が発信されるようになっている。このようにして得られる電気信号をモニタリングすることにより圧力の検出が行われる。   In such a pressure sensor 100, the surface acoustic wave element 103 constituting the sensor portion is formed in the thin portion 102 of the piezoelectric substrate 101. When the pressure is received, the thin portion is distorted, and the elastic constant of the portion is determined. The propagation speed of the surface acoustic wave is changed by the change, and the interval between the electrodes 104 of the surface acoustic wave element 103 is changed. The resonance frequency of the surface acoustic wave element 103 changes due to each action. Based on the change in the resonance frequency of the surface acoustic wave element 103, an electric signal is transmitted by an oscillation circuit incorporated in the oscillator 106. The pressure is detected by monitoring the electrical signal thus obtained.

また、上記の圧力センサ100を、例えば車載用としてタイヤ空気圧の圧力センサとして用いる場合、圧力センサの発振回路を動作させるために必要な電力は、タイヤ内に内蔵された電池等の給電手段から供給されるようになっている。この場合、電源から発振回路に対して常に電力が供給される状態になっていると、消費電力が大きくなり、電池の寿命が短命となってしまうという問題が生じる。   Further, when the above pressure sensor 100 is used as a tire pressure sensor for in-vehicle use, for example, power necessary for operating the oscillation circuit of the pressure sensor is supplied from a power supply means such as a battery built in the tire. It has come to be. In this case, if power is constantly supplied from the power source to the oscillation circuit, there is a problem that power consumption increases and the life of the battery becomes short.

そこで消費電力を抑えるために、タイヤの回転によって発生する加速度を検出することにより、車両が一定以上の速さで走行しているときにだけ、発振回路に対して電力が供給されるようにし、車両が停止しているとき、あるいは車両の速さが一定以下の場合には発振回路への電力供給をオフにすることで発振回路の消費電力を抑えるようにした圧力センサ装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。   Therefore, in order to reduce power consumption, by detecting the acceleration generated by the rotation of the tire, power is supplied to the oscillation circuit only when the vehicle is traveling at a certain speed or more, There is known a pressure sensor device that suppresses power consumption of an oscillation circuit by turning off power supply to the oscillation circuit when the vehicle is stopped or when the vehicle speed is below a certain level. (For example, refer to Patent Document 2).

このような圧力センサ装置は、圧電基板及び該圧電基板に被着された電極から成る加速度検出素子と、この加速度検出素子からの電気信号に基づいて、電池から発振回路への電力供給を制御する給電制御回路とを設けた加速度センサを、配線部を介して圧力センサ100と接続することにより形成されている。
特公平5−82537号公報 特開2002−264618号公報
Such a pressure sensor device controls the power supply from the battery to the oscillation circuit based on an acceleration detection element including a piezoelectric substrate and electrodes attached to the piezoelectric substrate, and an electric signal from the acceleration detection element. It is formed by connecting an acceleration sensor provided with a power supply control circuit to the pressure sensor 100 through a wiring portion.
Japanese Patent Publication No. 5-82537 JP 2002-264618 A

しかしながら、上述した従来の圧力センサ装置は、圧力センサ100と加速度センサをそれぞれ別個に設けているため、そのユニット形状が大型化してしまい、タイヤ内への内蔵が困難となる問題を有していた。   However, the conventional pressure sensor device described above has a problem that the pressure sensor 100 and the acceleration sensor are separately provided, so that the unit shape becomes large and it is difficult to incorporate the unit into the tire. .

また上述した従来の圧力センサ装置は、圧力センサ100及び加速度センサの組み立て作業がそれぞれ必要となり生産性の低下を招くという問題も有していた。   In addition, the above-described conventional pressure sensor device has a problem in that the assembly work of the pressure sensor 100 and the acceleration sensor is required, leading to a decrease in productivity.

本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、その目的は、加速度検出素子を圧力検出部と圧電基板上に一体化することにより、圧力センサ装置の小型化及び生産性の向上に供することができる圧力センサ装置を提供することにある。   The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a pressure sensor device that is miniaturized and improved in productivity by integrating an acceleration detection element on a pressure detection unit and a piezoelectric substrate. An object of the present invention is to provide a pressure sensor device capable of

本発明の圧力センサ装置は、圧力検出部を有し、該圧力検出部の変形によって圧力変動を検出する圧電基板と、
該圧電基板が上面に載置・固定される支持基板と、前記圧力検出部からの圧力変動情報に基づいて所定周波数の電気信号を発信する発振回路と、加速度の印加による変形によって加速度変動を検出する加速度検出素子を有し、該加速度検出素子からの加速度変動情報に基づいて所定の電気信号を発信する加速度検出回路と、前記発振回路に電力を供給する給電手段と、前記給電手段から前記発振回路への電力供給を制御する給電制御回路と、を含んでなる圧力センサ装置であって、前記圧電基板の少なくとも一端側を前記支持基板の上面より離間させた状態で前記支持基板に対する固定箇所よりも外側に延出させるとともに、該延出部に前記加速度検出素子を形成したことを特徴とするものである。
A pressure sensor device of the present invention includes a piezoelectric substrate that includes a pressure detection unit and detects pressure fluctuations by deformation of the pressure detection unit;
A support substrate on which the piezoelectric substrate is mounted / fixed, an oscillation circuit that transmits an electric signal of a predetermined frequency based on pressure variation information from the pressure detection unit, and acceleration variation detected by deformation due to application of acceleration An acceleration detection circuit for transmitting a predetermined electrical signal based on acceleration fluctuation information from the acceleration detection element, a power supply means for supplying power to the oscillation circuit, and an oscillation from the power supply means A power supply control circuit for controlling power supply to the circuit, wherein at least one end side of the piezoelectric substrate is separated from the upper surface of the support substrate from a fixed portion with respect to the support substrate. And the acceleration detecting element is formed in the extending portion.

また本発明の圧力センサ装置は、前記圧力検出部及び前記加速度検出素子の双方がインターデジタルトランスデューサを含む弾性表面波素子により形成されていることを特徴とするものである。   The pressure sensor device of the present invention is characterized in that both the pressure detection unit and the acceleration detection element are formed by surface acoustic wave elements including an interdigital transducer.

更に本発明の圧力センサ装置は、前記圧電基板を、スペーサを介して前記支持基板上に載置させたことを特徴とするものである。   Furthermore, the pressure sensor device of the present invention is characterized in that the piezoelectric substrate is placed on the support substrate via a spacer.

また更に本発明の圧力センサ装置は、上記構成において好ましくは、前記支持基板上面及び/または前記圧力基板下面に前記発振回路に電気的に接続されるアンテナ素子が設けられていることを特徴とするものである。   In the pressure sensor device according to the present invention, preferably, an antenna element that is electrically connected to the oscillation circuit is provided on the upper surface of the support substrate and / or the lower surface of the pressure substrate. Is.

更にまた本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナ素子と前記発振回路との間に、前記発信回路からの電気信号を増幅するアンプを接続するとともに、前記給電手段から前記アンプへの電力供給を前記給電制御回路で制御することを特徴とするものである。   Furthermore, in the pressure sensor device of the present invention, an amplifier that amplifies an electric signal from the transmission circuit is connected between the antenna element and the oscillation circuit, and power is supplied from the power feeding means to the amplifier. Control is performed by a power supply control circuit.

本発明の圧力センサ装置によれば、圧電基板の少なくとも一端側を支持基板の上面より離間させた状態で支持基板に対する固定箇所よりも外側に延出させるとともに延出部に加速度検出素子を形成して、圧電基板上に圧力検出部と加速度検出素子とを一体化したことから、加速度検出素子用の基板を別に用意する必要もなく、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。   According to the pressure sensor device of the present invention, at least one end side of the piezoelectric substrate is separated from the upper surface of the support substrate so as to extend outside the fixed portion with respect to the support substrate, and the acceleration detecting element is formed in the extension portion. Since the pressure detection unit and acceleration detection element are integrated on the piezoelectric substrate, there is no need to prepare a separate substrate for the acceleration detection element, reducing the number of parts and downsizing the pressure sensor device In addition, the weight can be reduced.

また、本発明の圧力センサ装置によれば、圧力検出部及び加速度検出素子の双方がインターデジタルトランスデューサを含む弾性表面波素子により形成することにより、圧力検出部と加速度検出素子とを同一の製造プロセスで双方同時に形成できるので、製造工程を短縮することができ、生産性の向上が可能となる。   In addition, according to the pressure sensor device of the present invention, both the pressure detection unit and the acceleration detection element are formed by surface acoustic wave elements including an interdigital transducer, so that the pressure detection unit and the acceleration detection element are manufactured in the same manufacturing process. Since both can be formed simultaneously, the manufacturing process can be shortened and the productivity can be improved.

更に、本発明の圧力センサ装置によれば、圧電基板を、スペーサを介して支持基板上に載置させておくことにより、圧電基板と支持基板との間に所定の間隔が設けられるため、圧電基板を支持基板上に搭載する際に、加速度検出部と支持基板の上面との間に所定の間隔を設けておくことができる。   Furthermore, according to the pressure sensor device of the present invention, since the piezoelectric substrate is placed on the support substrate via the spacer, a predetermined interval is provided between the piezoelectric substrate and the support substrate. When the substrate is mounted on the support substrate, a predetermined interval can be provided between the acceleration detection unit and the upper surface of the support substrate.

また更に、本発明の圧力センサ装置によれば、支持基板上面及び/または圧力基板下面に前記発振回路に電気的に接続されるアンテナ素子を設けておくことにより、発振回路より出力される発振信号を、受信回路を有する他の機器に無線伝送することができ、圧力センサ装置より離れた場所においても圧力情報を得ることができる。   Furthermore, according to the pressure sensor device of the present invention, an oscillation signal output from the oscillation circuit is provided by providing an antenna element electrically connected to the oscillation circuit on the upper surface of the support substrate and / or the lower surface of the pressure substrate. Can be wirelessly transmitted to another device having a receiving circuit, and pressure information can be obtained even at a location distant from the pressure sensor device.

更にまた、本発明の圧力センサ装置によれば、アンテナ素子と発振回路との間に、発振回路からの電気信号を増幅するアンプを接続するとともに、給電手段からアンプへの電力供給を給電制御回路で制御するようにしたことから、発振回路より出力される発振信号の出力レベルを増加させて、受信回路を有する他の機器へ、より確実に無線伝送することができるようになるとともに、アンプの消費電力を抑えて、電源を長持ちさせることができるようになる。   Furthermore, according to the pressure sensor device of the present invention, an amplifier for amplifying an electric signal from the oscillation circuit is connected between the antenna element and the oscillation circuit, and power supply from the power supply means to the amplifier is a power supply control circuit. Therefore, it is possible to increase the output level of the oscillation signal output from the oscillation circuit so that it can be wirelessly transmitted to other devices having the reception circuit more reliably. Power consumption can be reduced and the power supply can be made longer.

以下、本発明の圧力センサ装置を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, a pressure sensor device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の第1の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図、図2は図1の圧力センサ装置に用いられる圧電基板の下面を示す平面図、図5は図1の圧力センサ装置に用いられる支持基板の上面を示す平面図、図6は図1の圧力センサ装置のブロック回路図である。   1 is a cross-sectional view of a pressure sensor device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a lower surface of a piezoelectric substrate used in the pressure sensor device of FIG. 1, and FIG. 5 is a pressure sensor device of FIG. FIG. 6 is a block circuit diagram of the pressure sensor device of FIG. 1.

これらの図に示す圧力センサ装置1は、大略的に、圧電基板10、圧力検出部11、加速度検出素子21、支持基板30から構成されている。   The pressure sensor device 1 shown in these drawings is generally composed of a piezoelectric substrate 10, a pressure detection unit 11, an acceleration detection element 21, and a support substrate 30.

圧電基板10は、圧電基板10に印加される圧力の変動を検出する圧力検出部11と、圧電基板10に印加される加速度の変動を検出する加速度検出素子21とを有している。   The piezoelectric substrate 10 includes a pressure detection unit 11 that detects a change in pressure applied to the piezoelectric substrate 10, and an acceleration detection element 21 that detects a change in acceleration applied to the piezoelectric substrate 10.

このような圧電基板10の材質としては、外部からの圧力(図1の上方からの圧力P)及び加速度(図1の上方からの加速度G)を受けると比較的容易に変形し得るものが好ましく、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料が好適に用いられる。   The material of the piezoelectric substrate 10 is preferably one that can be deformed relatively easily when subjected to external pressure (pressure P from above in FIG. 1) and acceleration (acceleration G from above in FIG. 1). For example, piezoelectric materials such as quartz, lithium niobate, and lithium tantalate are preferably used.

圧電基板10に形成される圧力検出部11は、例えば、圧電体15とインターデジタルトランスデューサ(以下、IDT電極と略記する。)16とを含む弾性表面波素子17から構成されており、前記IDT電極16が引出電極13を介して電極パッド12と電気的に接続されている。   The pressure detection unit 11 formed on the piezoelectric substrate 10 includes a surface acoustic wave element 17 including, for example, a piezoelectric body 15 and an interdigital transducer (hereinafter abbreviated as IDT electrode) 16. The IDT electrode 16 is electrically connected to the electrode pad 12 through the extraction electrode 13.

弾性表面波素子17を形成する圧電体15の材質としては、例えば、圧電基板10と同様の材料、すなわち、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料が用いられ、かかる圧電体15の表面に、例えば、アルミニウムや金等の金属材料を従来周知のスパッタリングや蒸着等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィー技術等を採用し、2000Å程度の厚みにてパターン形成することによりIDT電極16が形成される。   As a material of the piezoelectric body 15 forming the surface acoustic wave element 17, for example, a material similar to that of the piezoelectric substrate 10, that is, a piezoelectric material such as quartz, lithium niobate, lithium tantalate, or the like is used. The IDT electrode 16 is formed on the surface by patterning a metal material such as aluminum or gold using a conventionally well-known thin film forming technique such as sputtering or vapor deposition, a photolithography technique, etc., and having a thickness of about 2000 mm. The

また、電極パッド12や引出電極13は、先に述べたIDT電極16と同様に、アルミニウムや金等の金属材料を薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等によってパターン形成することによって得られる。尚、電極パッド12については、下地に対する密着強度を向上させるために膜厚を厚く形成しておくことが好ましい。   Similarly to the IDT electrode 16 described above, the electrode pad 12 and the extraction electrode 13 can be obtained by patterning a metal material such as aluminum or gold by a thin film forming technique or a photolithography technique. The electrode pad 12 is preferably formed with a large film thickness in order to improve the adhesion strength to the base.

これらの圧力検出部11、電極パッド12、引出電極13の周囲には、圧電基板10の支持基板30への固定箇所となる固定領域14が設けられている。   Around the pressure detection unit 11, the electrode pad 12, and the extraction electrode 13, a fixing region 14 is provided as a fixing portion for the piezoelectric substrate 10 to the support substrate 30.

このような圧電基板10は、固定領域14に接合されたスペーサ50を介して支持基板30上に載置・固定されている。   Such a piezoelectric substrate 10 is placed and fixed on the support substrate 30 via a spacer 50 bonded to the fixing region 14.

支持基板30に求められる特性としては、外部からの圧力に対して変形することが殆どなく、十分な強度を有していることが重要であり、その材質としては、例えば、ガラス−セラミック材料などのセラミック材料を用いた多層回路基板等が用いられる。   As the characteristics required for the support substrate 30, it is important that the support substrate 30 is hardly deformed by an external pressure and has sufficient strength, and examples of the material thereof include a glass-ceramic material. A multilayer circuit board using the ceramic material is used.

かかる支持基板30の上面には、発振用電子部品40aや、後述する加速度検出用電子部品40b、給電制御用電子部品40c、アンテナ素子95、アンプ91等が搭載されている。   On the upper surface of the support substrate 30, an oscillation electronic component 40a, an acceleration detection electronic component 40b, a power feeding control electronic component 40c, an antenna element 95, an amplifier 91, and the like, which will be described later, are mounted.

前記発振用電子部品40aの周囲には、発振用電子部品40aと接続される接続パッド18が形成され、この接続パッド18は、導電性接合材60を介して電極パッド12と電気的に接続している。   A connection pad 18 connected to the oscillation electronic component 40a is formed around the oscillation electronic component 40a. The connection pad 18 is electrically connected to the electrode pad 12 via the conductive bonding material 60. ing.

また、上述した発振用電子部品40a及び接続パッド18の周囲に、先に述べた固定領域14と対向するようにして固定領域32が設けられており、この固定領域32にスペーサ50が接合される。   Further, a fixing region 32 is provided around the oscillation electronic component 40a and the connection pad 18 so as to face the fixing region 14 described above, and the spacer 50 is joined to the fixing region 32. .

更に、支持基板30の下面には、複数個の外部端子電極33が形成されており、これらの外部端子電極33は支持基板30の内部配線パターン34やビアホール導体35等を介して支持基板30上面の発振用電子部品40a等と電気的に接続されている。また、電池等の電源を圧力センサ装置1とは別個に設けた場合には、電源と外部端子電極33とを配線等を介して電気的に接続することにより、電源から発振回路へ電力が供給されるようになっている。尚、電源を圧力センサ装置1とは別個に設けた場合、本発明における給電手段とは、電源と電気的に接続している外部端子電極33を指す。   Further, a plurality of external terminal electrodes 33 are formed on the lower surface of the support substrate 30, and these external terminal electrodes 33 are connected to the upper surface of the support substrate 30 via the internal wiring patterns 34, via-hole conductors 35, and the like. Are electrically connected to the oscillation electronic component 40a. In addition, when a power source such as a battery is provided separately from the pressure sensor device 1, power is supplied from the power source to the oscillation circuit by electrically connecting the power source and the external terminal electrode 33 via a wiring or the like. It has come to be. When the power source is provided separately from the pressure sensor device 1, the power feeding means in the present invention refers to the external terminal electrode 33 that is electrically connected to the power source.

このような支持基板30は、例えば、従来周知のグリーンシート積層法、具体的には、内部配線パターン34やビアホール導体35となる導体ペーストが印刷・塗布されたグリーンシートを複数枚、積層・圧着させた上、これを一体焼成することによって製作される。   Such a support substrate 30 is, for example, a conventionally known green sheet laminating method, specifically, a plurality of green sheets on which a conductive paste to be used as the internal wiring pattern 34 or the via-hole conductor 35 is printed and applied. In addition, it is manufactured by integrally firing this.

また、発振用電子部品40aは、例えば、IC,トランジスタなどの能動部品や抵抗,コンデンサなどの受動部品等からなり、弾性表面波素子17と電気的に接続することによって所定周波数の電気信号を発振する発振回路を構成している。図7は、トランジスタを用いた発振回路を示す回路図であり、かかる発振回路80には、抵抗やコイル,コンデンサ等が弾性表面波素子17の共振周波数など、個々の条件に応じて適宜選択配置される。このような発振回路80に対して制御端子Vccより所定の電源電圧を印加することにより所定の発振周波数foscが出力される。   The oscillation electronic component 40a is composed of, for example, an active component such as an IC or a transistor, or a passive component such as a resistor or a capacitor, and oscillates an electric signal having a predetermined frequency by being electrically connected to the surface acoustic wave element 17. Constitutes an oscillation circuit. FIG. 7 is a circuit diagram showing an oscillation circuit using transistors. In such an oscillation circuit 80, resistors, coils, capacitors, and the like are appropriately arranged according to individual conditions such as the resonance frequency of the surface acoustic wave element 17. Is done. A predetermined oscillation frequency fosc is output by applying a predetermined power supply voltage to the oscillation circuit 80 from the control terminal Vcc.

また、上述した圧電基板10と支持基板30との間に介在されるスペーサ50は、例えば、樹脂や金属材料等から成り、これによって、圧電基板と支持基板との間に所定の間隔が設けられるため、圧電基板を支持基板上に搭載する際に、加速度検出部と支持基板の上面との間に所定の間隔を設けておくことができる。   In addition, the spacer 50 interposed between the piezoelectric substrate 10 and the support substrate 30 described above is made of, for example, a resin or a metal material, thereby providing a predetermined interval between the piezoelectric substrate and the support substrate. Therefore, when mounting the piezoelectric substrate on the support substrate, a predetermined interval can be provided between the acceleration detection unit and the upper surface of the support substrate.

このスペーサ50を、弾性表面波素子17や発振用電子部品40aを囲繞するように枠体状に形成しておけば、その内側、具体的には、圧電基板10と支持基板30とスペーサ50とで囲まれる領域(封止領域51)内で、弾性表面波素子17及び発振用電子部品40a等を気密封止することができる。これによって封止領域51内に配置されるIDT電極16や発振用電子部品40a等の酸化腐食等を有効に防止することができる。従って、スペーサ50は枠体状になしておくことが好ましい。更に、スペーサ50を枠体状に形成した上、半田等の導体材料により形成しておけば、これを支持基板下面の外部端子電極33のうち、グランド端子に接続させておくことにより、圧力センサ装置1の使用時、スペーサ50はグランド電位に保持されることとなるため、スペーサ50によるシールド効果により、外部からの不要なノイズをスペーサ50でもって良好に低減することができる。   If the spacer 50 is formed in a frame shape so as to surround the surface acoustic wave element 17 and the oscillation electronic component 40a, the inner side, specifically, the piezoelectric substrate 10, the support substrate 30, the spacer 50, In the region surrounded by (sealing region 51), the surface acoustic wave element 17, the oscillation electronic component 40a and the like can be hermetically sealed. As a result, oxidation corrosion or the like of the IDT electrode 16 or the oscillation electronic component 40a disposed in the sealing region 51 can be effectively prevented. Therefore, it is preferable that the spacer 50 has a frame shape. Further, if the spacer 50 is formed in a frame shape and is formed of a conductive material such as solder, the pressure sensor is connected to the ground terminal of the external terminal electrode 33 on the lower surface of the support substrate. Since the spacer 50 is held at the ground potential when the device 1 is used, unnecessary noise from the outside can be satisfactorily reduced by the spacer 50 due to the shielding effect of the spacer 50.

また、圧電基板10と支持基板30とスペーサ50とで囲まれる領域内には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを充填しておくことが好ましい。これによって、IDT電極16や発振用電子部品40a等の酸化腐食をより効果的に防止することが可能となる。   In addition, it is preferable that an area surrounded by the piezoelectric substrate 10, the support substrate 30, and the spacer 50 is filled with an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. As a result, it is possible to more effectively prevent oxidative corrosion of the IDT electrode 16 and the oscillation electronic component 40a.

尚、前記導電性接合材19は、例えば、半田や導電性ペーストなどから成り、圧電基板10の電極パッド12と支持基板30の接続パッド18とを接続することで、弾性表面波素子17のIDT電極16と発振用電子部品40aとを電気的に接続している。   The conductive bonding material 19 is made of, for example, solder or conductive paste, and the IDT of the surface acoustic wave element 17 is connected by connecting the electrode pad 12 of the piezoelectric substrate 10 and the connection pad 18 of the support substrate 30. The electrode 16 and the oscillation electronic component 40a are electrically connected.

一方、圧電基板10の一端側は、固定領域14よりも外側に延出されており、該延出部36の下面に加速度検出素子21が形成されている。この加速度検出素子21は、加速度Gの印加により、加速度検出素子21が変形し加速度を検出するようになっており、例えば、圧電体25とIDT電極26とを含む弾性表面波素子27から形成されている。前記IDT電極26は、引出電極23を介して電極パッド22に接続されている。また、加速度検出素子21の先端部に、重り70を設けておくことにより、加速度Gの検出感度を向上させることができる。   On the other hand, one end side of the piezoelectric substrate 10 extends outward from the fixed region 14, and the acceleration detecting element 21 is formed on the lower surface of the extending portion 36. The acceleration detection element 21 is configured to detect acceleration by deformation of the acceleration detection element 21 by application of the acceleration G, and is formed of, for example, a surface acoustic wave element 27 including a piezoelectric body 25 and an IDT electrode 26. ing. The IDT electrode 26 is connected to the electrode pad 22 through the extraction electrode 23. Further, by providing the weight 70 at the tip of the acceleration detecting element 21, the detection sensitivity of the acceleration G can be improved.

加速度検出素子21を構成する圧電体25の材質としては、例えば、先に述べた圧力検出部11を構成する圧電体15と同様の材料、即ち、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料が用いられ、かかる圧電体15の表面に、例えば、アルミニウムや金等の金属材料を従来周知のスパッタリングや薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等を利用し、2000Å程度の厚みにてパターン形成することによりIDT電極が形成される。   The material of the piezoelectric body 25 constituting the acceleration detecting element 21 is, for example, the same material as that of the piezoelectric body 15 constituting the pressure detecting unit 11 described above, that is, piezoelectric such as crystal, lithium niobate, lithium tantalate, or the like. A material is used, and a pattern of a metal material such as aluminum or gold is formed on the surface of the piezoelectric body 15 with a thickness of about 2000 mm using a conventionally known sputtering, thin film formation technique, photolithography technique, or the like. Thus, an IDT electrode is formed.

尚、延出部36の短辺の幅は任意に設定できる。延出部36の短辺の幅を圧電基板10の圧力検出部11が形成されている部分の幅よりも狭くなしておけば、加速度の印加によって延出部36が撓みやすくなり加速度の検出感度を向上させることができるという利点がある。また、延出部36の短辺の幅と圧電基板10の圧力検出部11が形成されている部分の幅とを同一になしておけば、延出部36を形成するにあたって圧電基板10を削るといった工程を省くことができ、圧力検出装置1の製造プロセスを簡略化することができるという利点がある。   In addition, the width | variety of the short side of the extension part 36 can be set arbitrarily. If the width of the short side of the extending portion 36 is made narrower than the width of the portion of the piezoelectric substrate 10 where the pressure detecting portion 11 is formed, the extending portion 36 is easily bent by application of acceleration, and the acceleration detection sensitivity. There is an advantage that can be improved. Further, if the width of the short side of the extending portion 36 is the same as the width of the portion of the piezoelectric substrate 10 where the pressure detecting portion 11 is formed, the piezoelectric substrate 10 is scraped when the extending portion 36 is formed. Such a process can be omitted, and the manufacturing process of the pressure detection device 1 can be simplified.

上述のように、圧力検出部11及び加速度検出素子21の双方をIDT電極を含む弾性表面波素子27によって形成することにより、圧力検出部11と加速度検出素子21とを同一の製造プロセスで形成することができるので、圧力センサ装置1の生産性向上に供することができる。   As described above, by forming both the pressure detection unit 11 and the acceleration detection element 21 by the surface acoustic wave element 27 including the IDT electrode, the pressure detection unit 11 and the acceleration detection element 21 are formed by the same manufacturing process. Therefore, the productivity of the pressure sensor device 1 can be improved.

また、電極パッド22や引出電極23も、先に述べた圧力検出部11の周囲に形成した電極パッド12や引出電極13と同様に、アルミニウムや金等の金属材料を薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等によってパターン形成することによって得られる。   The electrode pad 22 and the extraction electrode 23 are made of a metal material such as aluminum or gold as a thin film formation technique or a photolithography technique, similarly to the electrode pad 12 or the extraction electrode 13 formed around the pressure detection unit 11 described above. It is obtained by forming a pattern by, for example.

尚、重り70は、例えば金属やセラミック等からなる板や積層体を接着剤によって延出部36の端部に接合することによって形成される。   The weight 70 is formed by, for example, joining a plate or a laminate made of metal, ceramic, or the like to the end portion of the extending portion 36 with an adhesive.

また、加速度検出素子21を上述のように弾性表面波素子27により形成する場合、弾性表面波素子27を気密封止するようにケース20を設けておくことが好ましい。これによって、IDT電極26の酸化腐食を防止することができる。   When the acceleration detecting element 21 is formed by the surface acoustic wave element 27 as described above, it is preferable to provide the case 20 so that the surface acoustic wave element 27 is hermetically sealed. As a result, oxidative corrosion of the IDT electrode 26 can be prevented.

かかる加速度検出素子21を構成している弾性表面波素子27は、電極パッド22を導電性接合材29を介して、接続パッド28と電気的に接続している。また、この接続パッド28は、先に述べた加速度検出用電子部品40b及び給電制御用電子部品40cと電気的に接続している。従って、弾性表面波素子27と加速度検出用電子部品40b及び給電制御用電子部品40cとが電気的に接続されることになる。加速度検出用電子部品40b及び給電制御用電子部品40cは、例えば、IC,トランジスタなどの能動部品や抵抗,コンデンサなどの受動部品等からなり、弾性表面波素子27と電気的に接続することによって、図8に示すような加速度検出回路86や給電制御回路87を構成している。   In the surface acoustic wave element 27 constituting the acceleration detecting element 21, the electrode pad 22 is electrically connected to the connection pad 28 via the conductive bonding material 29. The connection pad 28 is electrically connected to the acceleration detecting electronic component 40b and the power supply controlling electronic component 40c described above. Therefore, the surface acoustic wave element 27, the acceleration detection electronic component 40b, and the power feeding control electronic component 40c are electrically connected. The acceleration detection electronic component 40b and the power supply control electronic component 40c are, for example, active components such as ICs and transistors, passive components such as resistors and capacitors, and the like, and by electrically connecting to the surface acoustic wave element 27, An acceleration detection circuit 86 and a power supply control circuit 87 as shown in FIG. 8 are configured.

ところで、支持基板30の上面には上述した発振用電子部品40a、加速度検出用電子部品40b、給電制御用電子部品40cの他に、アンテナ素子95及びアンプ91等が搭載されている。このアンテナ素子95は、先に述べた発振回路80と接続されており、これによって発振回路80より出力される所定周波数の電気信号を、受信回路を有する他の機器に無線伝送することができ、圧力センサ装置1より離れた場所においても圧力情報を得ることができる。かかるアンテナ素子95としては、例えば、誘電体セラミック等を利用した表面実装型のチップアンテナ等が用いられ、半田付け等によって支持基板30上に実装されている。   Meanwhile, in addition to the above-described oscillation electronic component 40a, acceleration detection electronic component 40b, and power feeding control electronic component 40c, an antenna element 95, an amplifier 91, and the like are mounted on the upper surface of the support substrate 30. This antenna element 95 is connected to the oscillation circuit 80 described above, whereby an electric signal of a predetermined frequency output from the oscillation circuit 80 can be wirelessly transmitted to another device having a reception circuit. Pressure information can be obtained even at a location distant from the pressure sensor device 1. As the antenna element 95, for example, a surface mount type chip antenna using a dielectric ceramic or the like is used, and is mounted on the support substrate 30 by soldering or the like.

また、アンプ91はアンテナ素子95及び発振回路80に接続されており、これによって、発振回路より出力される発振信号の出力レベルを増加させて、受信回路を有する他の機器へ、より確実に無線伝送することができるようになる。更に、上述した給電制御回路をアンプ91にも接続して、給電手段からアンプへの電力供給を給電制御回路で制御するようにしておくことにより、アンプの消費電力を抑えて、電源を長持ちさせることができるようになる。   In addition, the amplifier 91 is connected to the antenna element 95 and the oscillation circuit 80, thereby increasing the output level of the oscillation signal output from the oscillation circuit, and more reliably wireless to other devices having the reception circuit. It becomes possible to transmit. Furthermore, the power supply control circuit described above is also connected to the amplifier 91 so that the power supply from the power supply means to the amplifier is controlled by the power supply control circuit, thereby suppressing the power consumption of the amplifier and extending the power supply. Will be able to.

次に、上述した圧力センサ装置1を用いて加速度及び圧力を検出する際の動作について、図6、図7及び図8の回路図を用いて説明する。尚、ここでは圧力センサ装置1を車両のタイヤ内に内蔵した場合を想定して説明する。   Next, operations when detecting acceleration and pressure using the pressure sensor device 1 described above will be described with reference to the circuit diagrams of FIGS. 6, 7, and 8. Here, the case where the pressure sensor device 1 is built in a tire of a vehicle will be described.

まず加速度を検出する際の動作について説明する。車両が走行し始めるとタイヤの回転数が増加し、回転による加速度Gが発生する。この加速度Gが加速度検出素子21に印加されると、延出部36及び重り70に作用する力によって加速度検出素子21に曲げモーメントが作用し加速度検出素子21が撓み、弾性表面波素子27が変形する。その結果、圧電体25の歪みが生じた部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波素子27のIDT電極26の電極指配列ピッチd(図9に示す。)が変化し、その両方の作用によって弾性表面波素子27の共振周波数が変化する。すると、その変化量に比例した起電力が発生し、この起電力に基づいて加速度検出回路86において加速度が検出されるとともに、共振周波数の変化またはインピーダンス変化に比例した制御信号が得られる。そして、この制御信号が給電制御回路87に入力されると、制御信号のレベルが、設定された閾値を超えたときには、電池等の給電手段85から発振回路80へ電力が供給され、制御信号のレベルが閾値以下の場合には、給電手段85から発振回路80へ電力が供給されないようになっている。従って、車両が一定以上の速さで走行している場合にのみ、電力を供給することができるので、圧力センサ装置1の消費電力を有効に抑えることができる。尚、制御信号の閾値は、給電制御回路87を構成する回路素子を適宜選択することにより任意に設定できる。   First, the operation when detecting acceleration will be described. When the vehicle starts to travel, the number of rotations of the tire increases and an acceleration G due to the rotation is generated. When this acceleration G is applied to the acceleration detection element 21, a bending moment acts on the acceleration detection element 21 due to the force acting on the extension portion 36 and the weight 70, the acceleration detection element 21 is bent, and the surface acoustic wave element 27 is deformed. To do. As a result, the propagation speed of the surface acoustic wave changes due to the change in the elastic constant of the portion where the distortion of the piezoelectric body 25 occurs, and the electrode finger arrangement pitch d of the IDT electrodes 26 of the surface acoustic wave element 27 (shown in FIG. 9). ) Changes, and the resonance frequency of the surface acoustic wave element 27 changes due to both of these actions. Then, an electromotive force proportional to the amount of change is generated. Based on this electromotive force, acceleration is detected by the acceleration detection circuit 86, and a control signal proportional to a change in resonance frequency or an impedance change is obtained. When this control signal is input to the power supply control circuit 87, when the level of the control signal exceeds the set threshold value, power is supplied from the power supply means 85 such as a battery to the oscillation circuit 80, and the control signal When the level is less than or equal to the threshold value, power is not supplied from the power supply means 85 to the oscillation circuit 80. Therefore, since power can be supplied only when the vehicle is traveling at a certain speed or higher, the power consumption of the pressure sensor device 1 can be effectively suppressed. Note that the threshold value of the control signal can be arbitrarily set by appropriately selecting circuit elements constituting the power supply control circuit 87.

かかる加速度検出回路86は、図8に示す如く弾性表面波素子27、ダイオードからなる保護回路及びオペアンプからなり、また給電制御回路87は、図7に示す如くコンデンサと抵抗からなるハイパスフィルタ、比較電圧源及びオペアンプから構成されている。   The acceleration detection circuit 86 includes a surface acoustic wave element 27, a protection circuit including a diode, and an operational amplifier as shown in FIG. 8, and a power supply control circuit 87 includes a high-pass filter including a capacitor and a resistor as shown in FIG. A power source and an operational amplifier.

一方、タイヤ内の圧力の検出は次のようにして行われる。タイヤ内の空気が抜ける等してタイヤ内の圧力が変化すると、圧電基板10に対してかかる圧力が変化して、圧力検出部11を構成する弾性表面波素子17が変形する。その結果、圧電体15の歪みが生じた部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波素子17のIDT電極16の電極指配列ピッチd(図9に示す。)が変化して、その両方の作用によって弾性表面波素子17の共振周波数が変化する。これに伴って、図7に示す発振回路80の発振周波数foscも変化するため、圧電基板10に加わる圧力変動は最終的に発振回路80の発振周波数foscの変化として検出される。尚、この発振回路80への電力供給は、前述のように給電制御回路87により制御されている。   On the other hand, the pressure in the tire is detected as follows. When the pressure in the tire changes due to, for example, air in the tire being removed, the pressure applied to the piezoelectric substrate 10 is changed, and the surface acoustic wave element 17 constituting the pressure detection unit 11 is deformed. As a result, the propagation speed of the surface acoustic wave changes due to the change in the elastic constant of the portion where the piezoelectric body 15 is distorted, and the electrode finger arrangement pitch d of the IDT electrodes 16 of the surface acoustic wave element 17 (shown in FIG. 9). ) Changes, and the resonance frequency of the surface acoustic wave element 17 changes due to both actions. Along with this, the oscillation frequency fosc of the oscillation circuit 80 shown in FIG. 7 also changes, so that the pressure fluctuation applied to the piezoelectric substrate 10 is finally detected as a change in the oscillation frequency fosc of the oscillation circuit 80. The power supply to the oscillation circuit 80 is controlled by the power supply control circuit 87 as described above.

このように本実施形態における圧力センサ装置1は、図6のブロック回路図に示すように、加速度検出回路86から出力される制御信号を、給電制御回路87でモニタリングして制御信号が、ある閾値以上の場合にだけ、給電手段85から発振回路80及びアンプ91に対して電力が供給されるようにするとともに、圧力検出部において検出した圧力情報を発振回路80により所定周波数の発振信号とし、これをアンテナから無線伝送するようにしている。   Thus, as shown in the block circuit diagram of FIG. 6, the pressure sensor device 1 according to the present embodiment monitors the control signal output from the acceleration detection circuit 86 by the power supply control circuit 87, and the control signal has a certain threshold value. Only in the above case, power is supplied from the power supply means 85 to the oscillation circuit 80 and the amplifier 91, and pressure information detected by the pressure detection unit is converted into an oscillation signal of a predetermined frequency by the oscillation circuit 80. Wirelessly transmitted from the antenna.

以上のような圧力センサ装置1は、圧電基板10の少なくとも一端側を支持基板30の上面より離間させた状態で支持基板30に対する固定箇所よりも外側に延出させるとともに延出部36に加速度検出素子21を形成して、圧電基板10上に圧力検出部11と加速度検出素子21とを一体化したことから、加速度検出素子21用の基板を別途用意する必要もなく、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置1の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。   In the pressure sensor device 1 as described above, at least one end side of the piezoelectric substrate 10 is separated from the upper surface of the support substrate 30 so as to extend outside the fixed portion with respect to the support substrate 30 and the extension portion 36 detects acceleration. Since the element 21 is formed and the pressure detection unit 11 and the acceleration detection element 21 are integrated on the piezoelectric substrate 10, it is not necessary to prepare a separate substrate for the acceleration detection element 21, and the number of parts can be reduced. Thus, the pressure sensor device 1 can be reduced in size and weight.

次に、本発明の第2の実施形態にかかる圧力センサ装置について説明する。図3は本発明の第2の実施形態にかかる圧力センサ装置1の断面図、図4(a)は図3の圧力センサ装置に用いられる圧電基板10の上面を示す平面図、図4(b)は図3の圧力センサ装置に用いられる圧電基板10の下面を示す平面図、図5は図3の圧力センサ装置に用いられる支持基板30の上面を示す平面図である。尚、図1に示した第1の実施形態と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。   Next, a pressure sensor device according to a second embodiment of the present invention will be described. 3 is a cross-sectional view of the pressure sensor device 1 according to the second embodiment of the present invention, FIG. 4A is a plan view showing the top surface of the piezoelectric substrate 10 used in the pressure sensor device of FIG. 3, and FIG. ) Is a plan view showing the lower surface of the piezoelectric substrate 10 used in the pressure sensor device of FIG. 3, and FIG. 5 is a plan view showing the upper surface of the support substrate 30 used in the pressure sensor device of FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same thing as 1st Embodiment shown in FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.

図3に示す圧力センサ装置1は、第1の実施形態における圧力センサ装置1の加速度検出素子21を、弾性表面波素子27に代えてバイモルフ素子37で構成したものである。バイモルフ素子37は、圧電基板10のバルク振動を利用するものであり、圧電基板10の延出部36の上下両面に振動電極31を被着することにより形成されている。   In the pressure sensor device 1 shown in FIG. 3, the acceleration detecting element 21 of the pressure sensor device 1 in the first embodiment is configured by a bimorph element 37 instead of the surface acoustic wave element 27. The bimorph element 37 uses the bulk vibration of the piezoelectric substrate 10 and is formed by attaching the vibrating electrodes 31 to both the upper and lower surfaces of the extending portion 36 of the piezoelectric substrate 10.

振動電極31には銀等の金属材料が用いられ、例えば、従来周知のスパッタリングや蒸着法等の成膜形成技術等により形成される。   The vibrating electrode 31 is made of a metal material such as silver, and is formed by, for example, a conventionally known film forming technique such as sputtering or vapor deposition.

このようなバイモルフ型の加速度検出素子21は次のようにして加速度を検出する。まず、加速度Gが延出部36及び重り70に印加されると、加速度検出素子21が撓み、延出部36に形成されたバイモルフ素子37が変形する。このとき、バイモルフ素子37の一方の振動電極31に引張応力が作用するとともに、他方の振動電極31には圧縮応力が作用することになる。その結果、両振動電極31の変化量に比例した起電力が発生し、これによって加速度を検出することができる。   Such a bimorph type acceleration detecting element 21 detects acceleration as follows. First, when the acceleration G is applied to the extension part 36 and the weight 70, the acceleration detection element 21 is bent, and the bimorph element 37 formed in the extension part 36 is deformed. At this time, tensile stress acts on one vibration electrode 31 of the bimorph element 37 and compressive stress acts on the other vibration electrode 31. As a result, an electromotive force proportional to the amount of change of both vibrating electrodes 31 is generated, and thereby acceleration can be detected.

上述のように加速度検出素子21をバイモルフ素子37により構成した場合には、そのパターン形状をベタ塗りパターンで形成できるとともに、気密封止する必要がないため、比較的簡単に形成することができ、圧電センサ装置1の生産性向上に供することができる。   When the acceleration detecting element 21 is configured by the bimorph element 37 as described above, the pattern shape can be formed with a solid coating pattern, and since it is not necessary to be hermetically sealed, it can be formed relatively easily. The productivity of the piezoelectric sensor device 1 can be improved.

次に、本発明の第3の実施形態に係る圧力センサ装置について図10を用いて説明する。尚、本実施形態においても先に述べた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 device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, only differences from the above-described embodiment will be described, and the same components will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

図10は本実施形態の圧力センサ装置に用いられるセンサ基板10の下面を示す平面図である。   FIG. 10 is a plan view showing the lower surface of the sensor substrate 10 used in the pressure sensor device of the present embodiment.

本実施形態の圧力センサ装置が先に述べた圧力センサ装置と異なる第1の点は、圧力検出部11を構成する弾性表面波素子47が、圧電基板10の下面に間隔をあけて配置された一対のIDT電極16と、その間の弾性表面波の伝搬路38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、圧電基板10の下面で、弾性表面波素子47の弾性表面波の伝播方向に係る両側には、シリコン樹脂などから成るダンピング材39が形成されている。このダンピング材39は、弾性表面波を減衰させ、圧電基板10の端部での弾性表面波の反射や、他の領域への弾性表面波の漏洩を防止する働きをするものである。   The first difference between the pressure sensor device of the present embodiment and the pressure sensor device described above is that the surface acoustic wave elements 47 constituting the pressure detection unit 11 are arranged on the lower surface of the piezoelectric substrate 10 with a space therebetween. This is a surface acoustic wave delay line composed of a pair of IDT electrodes 16 and a surface acoustic wave propagation path 38 therebetween. Damping materials 39 made of silicon resin or the like are formed on the lower surface of the piezoelectric substrate 10 on both sides of the surface acoustic wave element 47 in the propagation direction of the surface acoustic wave. The damping material 39 functions to attenuate surface acoustic waves and prevent reflection of surface acoustic waves at the end of the piezoelectric substrate 10 and leakage of surface acoustic waves to other regions.

このような弾性表面波遅延線を、増幅回路を有する発振用電子部品40aに接続すると、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とができる。そして、圧電基板10に外部からの圧力が印加され、弾性表面波素子47の弾性表面波の伝搬路38に応力が加わって歪みが生じると、その部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波の伝搬路38の長さが変化する。そして、その両方の作用によって電気信号の遅延時間が変化し、これによって弾性表面波素子47と、それに接続される増幅回路を有する発振用電子部品40aとで構成される発振回路の発振周波数が変化する。よって、本実施形態における弾性表面波素子47も先に述べた実施形態における弾性表面波素子17と同様に圧力検出素子として機能する。   When such a surface acoustic wave delay line is connected to an oscillation electronic component 40a having an amplifier circuit, an oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to the delay time of an electric signal generated by the surface acoustic wave delay line can be configured. . When external pressure is applied to the piezoelectric substrate 10 and stress is applied to the surface acoustic wave propagation path 38 of the surface acoustic wave element 47 to cause distortion, the propagation of the surface acoustic wave is caused by a change in the elastic constant of the portion. As the velocity changes, the length of the propagation path 38 of the surface acoustic wave changes. The delay time of the electric signal changes due to both of these actions, and as a result, the oscillation frequency of the oscillation circuit composed of the surface acoustic wave element 47 and the oscillation electronic component 40a having the amplification circuit connected thereto changes. To do. Therefore, the surface acoustic wave element 47 in the present embodiment also functions as a pressure detection element in the same manner as the surface acoustic wave element 17 in the above-described embodiment.

本実施形態の圧力センサ装置が先に述べた圧力センサ装置と異なる第2の点は、加速度検出素子21を構成する弾性表面波素子57も、圧電基板10の下面に間隔をあけて配置された一対のIDT電極26と、その間の弾性表面波の伝搬路38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、弾性表面波素子57の弾性表面波の伝播方向の両側にも、シリコン樹脂などから成るダンピング材39が形成されている。   The second difference of the pressure sensor device of the present embodiment from the pressure sensor device described above is that the surface acoustic wave element 57 constituting the acceleration detecting element 21 is also arranged on the lower surface of the piezoelectric substrate 10 with a gap. This is a surface acoustic wave delay line composed of a pair of IDT electrodes 26 and a surface acoustic wave propagation path 38 therebetween. Damping materials 39 made of silicon resin or the like are also formed on both sides of the surface acoustic wave element 57 in the propagation direction of the surface acoustic wave.

この弾性表面波遅延線を、増幅回路を有する発振用電子部品40aに接続すると、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とができる。そして、加速度Gが加速度検出素子21に印加されると、延出部36及び重り70に作用する力によって加速度検出素子21に曲げモーメントが作用し加速度検出素子21が撓み、弾性表面波素子57が変形する。これによって、弾性表面波素子57の弾性表面波の伝搬路38に応力が加わって歪みが生じると、その部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波の伝搬路38の長さが変化する。そして、その両方の作用によって電気信号の遅延時間が変化し、これによって弾性表面波素子57と、それに接続される増幅回路を有する発振用電子部品40aとで構成される発振回路の発振周波数が変化する。よって、本実施形態における弾性表面波素子57も先に述べた実施形態における弾性表面波素子27と同様に加速度検出素子として機能する。   When this surface acoustic wave delay line is connected to an oscillation electronic component 40a having an amplifier circuit, an oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to the delay time of an electric signal generated by the surface acoustic wave delay line can be configured. When the acceleration G is applied to the acceleration detecting element 21, a bending moment acts on the acceleration detecting element 21 due to the force acting on the extension part 36 and the weight 70, the acceleration detecting element 21 is bent, and the surface acoustic wave element 57 is Deform. As a result, when a stress is applied to the surface acoustic wave propagation path 38 of the surface acoustic wave element 57 to cause distortion, the propagation speed of the surface acoustic wave changes due to the change in the elastic constant of the portion, and the propagation of the surface acoustic wave also occurs. The length of the path 38 changes. The delay time of the electric signal changes due to both of these actions, and as a result, the oscillation frequency of the oscillation circuit composed of the surface acoustic wave element 57 and the oscillation electronic component 40a having the amplification circuit connected thereto changes. To do. Therefore, the surface acoustic wave element 57 in the present embodiment also functions as an acceleration detection element in the same manner as the surface acoustic wave element 27 in the above-described embodiment.

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 in the range which does not deviate from the summary of this invention.

例えば、本発明の第1の実施形態においては、加速度検出素子21を構成する弾性表面波素子27を、延出部36の下面のみに形成したが、これに換えて、図11に示す如く、延出部36の上下両方の面に弾性表面波素子27を形成するようにしても良い。延出部36の上下両面に形成された2つの弾性表面波素子27のうち、一方を温度変化などの影響を補正する補正用のセンサ素子として用いることにより、加速度検出素子21の測定精度を向上させることが可能となる。   For example, in the first embodiment of the present invention, the surface acoustic wave element 27 constituting the acceleration detecting element 21 is formed only on the lower surface of the extending portion 36. Instead, as shown in FIG. The surface acoustic wave element 27 may be formed on both the upper and lower surfaces of the extending portion 36. The measurement accuracy of the acceleration detecting element 21 is improved by using one of the two surface acoustic wave elements 27 formed on the upper and lower surfaces of the extending portion 36 as a correction sensor element that corrects the influence of a temperature change or the like. It becomes possible to make it.

また、本実施形態においては、圧力検出部11を圧電基板10の下面側に形成するようにしたが、これに代えて、圧力検出部11を圧電基板10の上面側に形成するようにしても構わない。   In the present embodiment, the pressure detection unit 11 is formed on the lower surface side of the piezoelectric substrate 10, but instead, the pressure detection unit 11 may be formed on the upper surface side of the piezoelectric substrate 10. I do not care.

更に、本実施形態においては、アンテナ素子95としてチップアンテナを用いるようにしたが、これに代えて例えばミアンダ状の導体パターンによって構成されるアンテナパターンを支持基板30上に形成するようにしても良い。これにより、部品点数を削減することができるとともに、外形寸法の低背化にも供することができる。   Furthermore, in this embodiment, a chip antenna is used as the antenna element 95, but instead of this, for example, an antenna pattern constituted by a meandering conductor pattern may be formed on the support substrate 30. . As a result, the number of parts can be reduced, and the outer dimensions can be reduced.

また、本発明の第2の実施形態においては、加速度検出素子21の振動電極31を延出部36の上下両面に被着してなるバイモルフ素子37としたが、これに換えて振動電極31を圧電基板10の上下面のどちらか一方に形成したユニモルフ素子としても良い。   In the second embodiment of the present invention, the vibration electrode 31 of the acceleration detecting element 21 is the bimorph element 37 formed on both the upper and lower surfaces of the extension portion 36. A unimorph element formed on either the upper or lower surface of the piezoelectric substrate 10 may be used.

更に、本発明の第3の実施形態においては、圧力検出部11を構成する弾性表面波素子47と、加速度検出素子21を構成する弾性表面波素子57の両方が、弾性表面波遅延線とされている例を示したが、一方のみを弾性表面波遅延線とするようにしても構わない。その場合の他方の弾性表面波装置については、第1の実施形態のように、IDT電極と反射器電極とからなる弾性表面波共振器とすれば良い。また、加速度検出素子21については、第2の実施形態のようにバイモルフ素子で構成しても良いし、ユニモルフ素子としても構わない。   Furthermore, in the third embodiment of the present invention, both the surface acoustic wave element 47 constituting the pressure detection unit 11 and the surface acoustic wave element 57 constituting the acceleration detection element 21 are formed as surface acoustic wave delay lines. However, only one of them may be a surface acoustic wave delay line. In this case, the other surface acoustic wave device may be a surface acoustic wave resonator including an IDT electrode and a reflector electrode as in the first embodiment. The acceleration detecting element 21 may be a bimorph element as in the second embodiment or a unimorph element.

本発明の第1の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図である。It is sectional drawing of the pressure sensor apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention. 図1の圧力センサ装置に用いられる圧電基板の下面を示す平面図である。It is a top view which shows the lower surface of the piezoelectric substrate used for the pressure sensor apparatus of FIG. 本発明の第2の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図である。It is sectional drawing of the pressure sensor apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention. (a)は図3の圧力センサ装置に用いられる圧電基板の上面を示す平面図、(b)は図3の圧力センサ装置に用いられる圧電基板の下面を示す平面図である。(A) is a top view which shows the upper surface of the piezoelectric substrate used for the pressure sensor apparatus of FIG. 3, (b) is a top view which shows the lower surface of the piezoelectric substrate used for the pressure sensor apparatus of FIG. 図1、図3の圧力センサ装置に用いられる支持基板の平面図である。It is a top view of the support substrate used for the pressure sensor apparatus of FIG. 1, FIG. 本発明の圧力センサ装置のブロック図である。It is a block diagram of the pressure sensor device of the present invention. 本発明の圧力センサ装置の一部である圧力検出部の発振回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the oscillation circuit of the pressure detection part which is a part of pressure sensor apparatus of this invention. 本発明の圧力センサ装置の一部である加速度検出素子の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the acceleration detection element which is a part of pressure sensor apparatus of this invention. 本発明の圧力センサ装置の圧電基板に形成されるIDT電極の拡大図である。It is an enlarged view of the IDT electrode formed in the piezoelectric substrate of the pressure sensor apparatus of this invention. 本発明の第3の実施形態にかかる圧力センサに用いられる圧電基板の下面を示す平面図である。It is a top view which shows the lower surface of the piezoelectric substrate used for the pressure sensor concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図である。It is sectional drawing of the pressure sensor apparatus concerning other embodiment of this invention. 従来の圧力センサを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the conventional pressure sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・・・・・圧力センサ装置
10・・・・・・圧電基板
11・・・・・・圧力検出部
12、22・・・電極パッド
13、23・・・引出電極
14・・・・・・圧電基板側の固定領域
15、25・・・圧電体
16、26・・・IDT電極
17、27、47、57・・・弾性表面波素子
18、28・・・接続パッド
19、29・・・導電性接合材
21・・・・・・加速度検出素子
24・・・・・・スルーホール
20・・・・・・ケース
37・・・・・・バイモルフ素子
30・・・・・・支持基板
31・・・・・・振動電極
32・・・・・・支持基板側の固定領域
33・・・・・・外部端子電極
34・・・・・・内部配線パターン
35・・・・・・ビアホール導体
40・・・・・・電子部品
50・・・・・・スペーサ
51・・・・・・封止領域
70・・・・・・重り
80・・・・・・発振回路
85・・・・・・給電手段
86・・・・・・加速度検出回路
87・・・・・・給電制御回路
91・・・・・・アンプ
95・・・・・・アンテナ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pressure sensor apparatus 10 ... Piezoelectric substrate 11 ... Pressure detection part 12, 22 ... Electrode pad 13, 23 ... Extraction electrode 14 ... ... Fixed area on the piezoelectric substrate side 15, 25 ... Piezoelectric body 16, 26 ... IDT electrodes 17, 27, 47, 57 ... Surface acoustic wave element 18,28 ... Connection pads 19,29 ... Conductive bonding material 21 ... Acceleration detection element 24 ... Through hole 20 ... Case 37 ... Bimorph element 30 ... Support substrate 31... Vibration electrode 32... Fixed region on the support substrate side 33... External terminal electrode 34.・ Via hole conductor 40 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Electronic parts 50 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Spacer 51 ・ ・... Sealing area 70 ... Weight 80 ... Oscillation circuit 85 ... Power feeding means 86 ... Acceleration detection circuit 87 ... Power feeding Control circuit 91 ... Amplifier 95 ... Antenna element

Claims (5)

圧力検出部を有し、該圧力検出部の変形によって圧力変動を検出する圧電基板と、
該圧電基板が上面に載置・固定される支持基板と、
前記圧力検出部からの圧力変動情報に基づいて所定周波数の電気信号を発信する発振回路と、
加速度の印加による変形によって加速度変動を検出する加速度検出素子を有し、該加速度検出素子からの加速度変動情報に基づいて所定の電気信号を発信する加速度検出回路と、
前記発振回路に電力を供給する給電手段と、
前記給電手段から前記発振回路への電力供給を制御する給電制御回路と、を含んでなる圧力センサ装置であって、
前記圧電基板の少なくとも一端側を前記支持基板の上面より離間させた状態で前記支持基板に対する固定箇所よりも外側に延出させるとともに、該延出部に前記加速度検出素子を形成したことを特徴とする圧力センサ装置。
A piezoelectric substrate having a pressure detector and detecting pressure fluctuations by deformation of the pressure detector;
A support substrate on which the piezoelectric substrate is placed and fixed;
An oscillation circuit for transmitting an electrical signal of a predetermined frequency based on pressure fluctuation information from the pressure detector;
An acceleration detection circuit that has an acceleration detection element that detects acceleration fluctuations by deformation caused by application of acceleration, and that transmits a predetermined electrical signal based on acceleration fluctuation information from the acceleration detection elements;
Power supply means for supplying power to the oscillation circuit;
A power supply control circuit for controlling power supply from the power supply means to the oscillation circuit, and a pressure sensor device comprising:
The piezoelectric substrate is extended outward from a fixed portion with respect to the support substrate in a state where at least one end side of the piezoelectric substrate is separated from the upper surface of the support substrate, and the acceleration detecting element is formed in the extension portion. Pressure sensor device.
前記圧力検出部及び前記加速度検出素子の双方がインターデジタルトランスデューサを含む弾性表面波素子により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装置。 The pressure sensor device according to claim 1, wherein both the pressure detection unit and the acceleration detection element are formed by surface acoustic wave elements including an interdigital transducer. 前記圧電基板を、スペーサを介して前記支持基板上に載置させたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧力センサ装置。 The pressure sensor device according to claim 1, wherein the piezoelectric substrate is placed on the support substrate via a spacer. 前記支持基板上面及び/または前記圧力基板下面に前記発振回路に電気的に接続されるアンテナ素子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3のいずれかに記載の圧力センサ装置。 The pressure sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein an antenna element electrically connected to the oscillation circuit is provided on the upper surface of the support substrate and / or the lower surface of the pressure substrate. . 前記アンテナ素子と前記発振回路との間に、前記発振回路からの電気信号を増幅するアンプを接続するとともに、前記給電手段から前記アンプへの電力供給を前記給電制御回路で制御することを特徴とする請求項4に記載の圧力センサ装置。 An amplifier for amplifying an electric signal from the oscillation circuit is connected between the antenna element and the oscillation circuit, and power supply from the power supply means to the amplifier is controlled by the power supply control circuit. The pressure sensor device according to claim 4.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007121107A (en) * 2005-10-27 2007-05-17 Nec Lcd Technologies Ltd Pressure sensor
JPWO2008120511A1 (en) * 2007-03-29 2010-07-15 株式会社村田製作所 Substance detection sensor
JP2014208534A (en) * 2008-08-29 2014-11-06 ミシュラン ルシェルシュ エ テクニーク ソシエテ アノニム 1-D tire patch device and method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007121107A (en) * 2005-10-27 2007-05-17 Nec Lcd Technologies Ltd Pressure sensor
JPWO2008120511A1 (en) * 2007-03-29 2010-07-15 株式会社村田製作所 Substance detection sensor
JP5229220B2 (en) * 2007-03-29 2013-07-03 株式会社村田製作所 Submerged substance detection sensor
JP2014208534A (en) * 2008-08-29 2014-11-06 ミシュラン ルシェルシュ エ テクニーク ソシエテ アノニム 1-D tire patch device and method

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