JP2005241461A

JP2005241461A - 圧力センサモジュール

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Publication number: JP2005241461A
Application number: JP2004052146A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Inoue; 久幸井之上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP4511216B2

Abstract

【課題】漏れ進行波が隣接する参照用素子あるいは圧力検出用素子の進行波と干渉する
【解決手段】一主面に凹部５が形成されているセンサ基板１上で、凹部５の形成領域内に圧電体，ＩＤＴを含む圧力検出用素子２を、凹部５の形成領域外に圧電体，ＩＤＴを含む参照用素子３を設けたセンサ素子と、圧力検出用素子２の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第１発振回路と、参照用素子３の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第２発振回路と、第１発振回路からの電気信号と第２発振回路からの電気信号とを比較して変換信号を生成するとともに変換信号を出力するコンパレータと、コンパレータからの変換信号と第２発振回路からの電気信号とを変調して外部に出力する変調回路とを備え、センサ基板１上の圧力検出用素子２と参照用素子３の共振周波数を異ならせた圧力センサモジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力の変動を検出して所定の電気信号を送信する圧力センサモジュールに関する。

従来、気体や液体などの圧力の変動を検出し、圧力変動データを外部に送信する圧力センサモジュールが用いられている。

このような圧力センサモジュールとしては、圧力センサと発振回路とを備え、圧力センサで検出した圧力変動データを外部へ送信する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

かかる従来の圧力センサモジュールにおいて、圧力センサとしてはセラミックパッケージからなる静電容量型のセンサ素子（例えば、特許文献２参照。）が用いられ、この圧力センサに圧力が印加されることにより得られた圧力変動データと、弾性表面波素子からなる共振子の共振周波数に基づいて発振する基準信号としての電気信号とを変調して生成した送信信号をアンテナより出力するものであり、例えばタイヤ内の空気圧を監視する装置として用いられる。
特開２００３−３０３３８８号公報特開２００３−３１５１９０号公報

しかしながら、上述した圧力センサモジュールは、セラミックパッケージからなる圧力センサと、基準信号を発振する発振回路に接続されている弾性表面波素子からなる共振子とが、それぞれ別の材料からなるために個別の部品として搭載されており、このような従来の圧力センサモジュールでは、搭載する部品点数が多くなるので、モジュールの軽量・小型化を図ることが困難であるという問題点を有していた。

このような問題点を解決するために、本出願人は特願２００３−４３１５５９において、一主面に凹部が形成されているセンサ基板上で、凹部の形成領域内に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む圧力検出用弾性表面波素子を、凹部の形成領域外に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む参照用弾性表面波素子を設けたセンサ素子と、圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第１の発振回路と、参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第２の発振回路と、第１の発振回路からの電気信号と第２の発振回路からの電気信号とを比較して変換信号を生成するとともに、この変換信号を出力するコンパレータと、コンパレータからの変換信号と第２の発振回路からの電気信号とを変調して外部に出力する変調回路とを備えてなる圧力センサモジュールを提案した。

この圧力センサモジュールによれば、参照用弾性表面波素子を圧力検出用弾性表面波素子と同一のセンサ基板上に設けており、参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて発振する電気信号を、圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて発振する電気信号と比較して変換信号を生成するために用いるとともに、この変換信号と変調する基準信号としても用いたことから、搭載する部品点数が少なくなり、圧力センサモジュールの軽量・小型化を図ることが可能となるというものである。

しかしながらこの圧力センサモジュールにおいては、参照用弾性表面波素子を圧力検出用弾性表面波素子と同一のセンサ基板上に設けていることから、例えば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近接して配置してセンサ基板を小型化した場合などにおいて、互いの反射器で反射しきれなかった漏れ進行波が参照用弾性表面波素子あるいは圧力検出用弾性表面波素子の進行波と干渉して、正確な圧力測定が困難となることがあるという危険性を有していた。

本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、その目的は、基準信号を発振する発振回路に接続される共振子を圧力センサと一体化させることにより圧力センサモジュールを小型化した場合においても、漏れ進行波と同一のセンサ基板上に設けた参照用弾性表面波素子あるいは圧力検出用弾性表面波素子の進行波との干渉を抑えることができ、正確な圧力測定のできる圧力センサモジュールを提供することにある。

本発明の圧力センサモジュールは、一主面に凹部が形成されているセンサ基板上で、前記凹部の形成領域内に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む圧力検出用弾性表面波素子を、前記凹部の形成領域外に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む参照用弾性表面波素子を設けたセンサ素子と、前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第１の発振回路と、前記参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第２の発振回路と、前記第１の発振回路からの電気信号と前記第２の発振回路からの電気信号とを比較して変換信号を生成するとともに、該変換信号を出力するコンパレータと、前記コンパレータからの変換信号と前記第２の発振回路からの電気信号とを変調して外部に出力する変調回路とを備えてなる圧力センサモジュールにおいて、前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数と前記参照用弾性表面波素子の共振周波数とを異ならせたことを特徴とするものである。

また、本発明の圧力センサモジュールは、上記構成において、前記第１の発振回路、前記第２の発振回路、前記コンパレータ及び前記変調回路が単一のＩＣチップ上に集積されており、このＩＣチップと前記センサ素子とが共通の支持基板上に搭載されていることを特徴とするものである。

本発明の圧力センサモジュールによれば、圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数と参照用弾性表面波素子の共振周波数とを異ならせたことから、圧力検出用弾性表面波素子と参照用弾性表面波素子とを同一のセンサ基板上に形成した場合においても、漏れ進行波と参照用弾性表面波素子あるいは圧力検出用弾性表面波素子の進行波とが干渉することはないので、圧力測定を正確に行なうことができる。

また、本発明の圧力センサモジュールによれば、上記構成において、第１の発振回路、第２の発振回路、コンパレータ及び変調回路が単一のＩＣチップ上に集積されており、このＩＣチップとセンサ素子とが共通の支持基板上に搭載されている場合には、ＩＣチップとセンサ素子とを共通の支持基板上に搭載することによって圧力センサモジュールをより軽量化・小型化することが可能となる。

以下、本発明の圧力センサモジュールを添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態にかかる圧力センサモジュール１０の断面図であり、図２は図１の圧力センサモジュール１０に使用されるセンサ素子２０の斜視図である。そして圧力センサモジュール１０は、主にセンサ素子２０と支持基板６、封止材４、ＩＣチップ１２、アンテナ１３とで構成されている。

センサ素子２０を構成するセンサ基板１は、その上面に凹部５を有しており、その下面には、凹部５直下の凹部５形成領域内に圧力検出用弾性表面波素子２が設けられ、凹部５の形成領域外には参照用弾性表面波素子３が設けられている。

なお、圧力検出用弾性表面波素子２を凹部５直下の凹部５形成領域内に設けているのは、後述するように、圧力センサモジュール１０に外部からの圧力が加わった際に圧力検出用弾性表面波素子２が形成された領域を変形し易くするためであり、この変形が大きい程圧力センサモジュールの感度を高めることができる。

このようなセンサ基板１の材料としては、圧力検出用弾性表面波素子２と一体的に形成することができ、外部からの圧力（図１の上方からの圧力）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、四硼酸リチウム等の単結晶圧電材料が好適に使用される。

また、圧力検出用弾性表面波素子２は、例えば、圧電体とインターデジタルトランスデューサ２ａとその両側に配される一対の反射器２ｂとで構成される弾性表面波素子から成り、インターデジタルトランスデューサ２ａには、支持基板６の接続パッドに導電性接合材を介して接合される電極パッド７が接続されている。

同様に参照用弾性表面波素子３も、圧電体とインターデジタルトランスデューサ３ａとその両側に配される一対の反射器３ｂとで構成される弾性表面波素子から成り、インターデジタルトランスデューサ３ａには、支持基板６の接続パッドに導電性接合材を介して接合される電極パッド７が接続されている。

このような圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３を構成する圧電体の材質としては、例えば、センサ基板１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、四硼酸リチウム等の圧電材料が用いられ、かかる圧電体の表面に、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法や蒸着法等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィー技術等を採用し、例えば２０００Å程度の厚みにてパターン形成することによりインターデジタルトランスデューサ２ａ、３ａ及び反射器２ｂ、３ｂ等が形成される。

なお、通常、圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３を構成する圧電体は、センサ基板１表面の一部が使用される。

そして、上述したセンサ基板１の下面には、圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３を構成するインターデジタルトランスデューサ２ａ、３ａ及び反射器２ｂ、３ｂを囲繞するようにして環状の接合用導体８が設けられている。この接合用導体８はインターデジタルトランスデューサ２ａ等と同様の金属材料から成り、その表面にはＮｉメッキやＡｕメッキ等が施され、後述する封止材４が接合されるようになっている。尚、接合用導体８は、先に述べたインターデジタルトランスデューサ２ａ等と同様の形成方法、例えば、薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等を採用することによってセンサ基板１の下面に形成される。

一方、支持基板６には、十分な強度を有し、外部からの圧力を受けても変形しにくいといった機械的特性が求められ、例えば、ガラス−セラミック材料やセラミック材料を用いた多層回路基板等が好適に用いられる。

このような支持基板６の上面には、センサ基板１下面の電極パッド７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（図示せず）と、センサ基板１下面の接合用導体８と対向する部位にこの接合用導体８に封止材４を介して接合される環状の接合用導体９が設けられている。

また支持基板６の下面には、複数個の端子電極（図示せず）が形成されており、これらの端子電極は支持基板６やセンサ基板１の配線パターンやビアホール導体等（図示せず）を介してセンサ基板１下面の圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３等と電気的に接続される。

なお、このような支持基板６は、例えば、従来周知のグリーンシート積層法、具体的には、配線パターンやビアホール導体となる導体ペーストが所定パターンに印刷・塗布されたグリーンシートを複数枚、積層・圧着させた上、これらを一体焼成することによって製作される。

そして、上述したセンサ基板１と支持基板３との間には、圧力検出用弾性表面波素子２を囲繞するようにして環状の封止材４が介在されている。

封止材４は、例えば、半田やＡｕ−Ｎｉ合金等の導体材料から成り、かかる封止材４を双方の基板（センサ基板１、支持基板６）の接合用導体８，９に対して接合させておくことにより、上述した圧力検出用弾性表面波素子２や参照用弾性表面波素子３等を、センサ基板１、支持基板６及び封止材４で囲まれる封止領域内で気密封止するようになっている。

そして、このような封止領域の内部には、通常窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが充填され、これによって封止領域内に配置されるインターデジタルトランスデューサ等の酸化腐食等が有効に防止されるようになっている。

なお、このような封止材４として半田等の導体材料を用いる場合、これを支持基板６下面のグランド端子に接続させておけば、センサ素子２０の使用時、封止材４はグランド電位に保持されることとなるため、封止材４によるシールド効果が期待でき、外部からの不要なノイズを封止材４でもって良好に遮断することができる。

また、センサ基板１の電極パッド７と支持基板６の接続パッドとを接続する導電性接合材としては、例えば、半田や導電性樹脂等が用いられる。なお、支持基板６の下面の端子電極には、後述する第１の発振回路、第２の発振回路、コンパレータ及び変換回路を集積したＩＣチップ１２、アンプ１５及びアンテナ１３が接続され、更に、これらを覆うように樹脂１４がモールド形成されている。

このように、第１の発振回路、第２の発振回路、コンパレータ及び変調回路が単一のＩＣチップ上に集積されており、ＩＣチップとセンサ素子とを共通の支持基板上に搭載することによって、圧力センサモジュールを軽量化・小型化することが可能となる。

そして、本発明の圧力センサモジュール１０においては、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数と参照用弾性表面波素子３の共振周波数とがそれぞれ異なる共振周波数となるように形成されている。また、このことが重要である。

本発明の圧力センサモジュール１０によれば、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数と参照用弾性表面波素子３の共振周波数とをそれぞれ異ならせたことから、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを同一基板上に形成し小型化したとしても、漏れ進行波と参照用弾性表面波素子３あるいは圧力検出用弾性表面波素子２の進行波とが干渉することはないので、圧力測定を正確に行なうことができる。

なお、本発明の圧力センサモジュール１０においては、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ_２、反共振周波数をｆａ_２、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ_３、反共振周波数をｆａ_３としたときに、
ｆａ_２＜ｆｒ_３（１）
または、
ｆａ_３＜ｆｒ_２（２）
となるように、それぞれの周波数を設定することが好ましい。

圧力検出用弾性表面波素子２や参照用弾性表面波素子３等の圧電体は、図４に周波数−挿入損失の図で示すように、挿入損失が最小となる周波数である共振周波数（ｆｒ）と、挿入損失が最大となる周波数である反共振周波数（ｆａ）とを有しており、ｆｒ＜ｆａという関係を有している。従って式（１）、（２）は、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ_２から反共振周波数をｆａ_２までの周波数帯域（ｆｒ_２〜ｆａ_２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ_３から反共振周波数ｆａ_３までの周波数帯域（ｆｒ_３〜ｆａ_３）とが重なり合わないように、それぞれの共振周波数および反共振周波数を設定することが好ましいことを意味している。

なお、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ_２および反共振周波数ｆａ_２と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数ｆｒ_３および反共振周波数ｆａ_３とが、式（１）または式（２）を満たさない場合、すなわち圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ_２から反共振周波数をｆａ_２までの周波数帯域（ｆｒ_２〜ｆａ_２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ_３から反共振周波数ｆａ_３までの周波数帯域（ｆｒ_３〜ｆａ_３）とが重なり合っていると、圧力検出用弾性表面波素子２の漏れ進行波がｆｒ_３〜ｆａ_３の周波数帯域にスプリアスとなって現れて、あるいは参照用弾性表面波素子３の漏れ進行波がｆｒ_２〜ｆａ_２の周波数帯域にスプリアスとなって現れて、圧力検出用弾性表面波素子２や参照用弾性表面波素子３の共振特性が乱れて正確な圧力測定が困難となることがある。従って、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ_２、反共振周波数をｆａ_２、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ_３、反共振周波数をｆａ_３としたときに、ｆａ_２＜ｆｒ_３、または、ｆａ_３＜ｆｒ_２となるように、それぞれの周波数を設定することが好ましい。

またなお、図４において、横軸は周波数（単位はＭＨｚ）、縦軸は挿入損失（単位はｄＢ）であり、圧力検出用弾性表面波素子２の共振特性の一例を点線で、参照用弾性表面波素子３の共振特性の一例を実線で示している。そして図４には、共振周波数（ｆｒ_３）が３１４．６８ＭＨｚ、反共振周波数（ｆａ_３）が３１４．８２ＭＨｚである参照用弾性表面波素子３の共振特性を示している。この場合、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ_２を、参照用弾性表面波素子３の反共振周波数（ｆａ_３＝３１４．８２ＭＨｚ）より高い周波数となるように設定すればよい。例えばセンサ基板１として水晶基板（ＳＴカット水晶、表面波音速Ｖ＝3110ｍ／ｓ、規格化膜厚（Ｈ／λ）＝２％Ｈ：金属材料の電極膜厚（μｍ） λ：波長（μｍ））を用いた場合の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の具体的な素子設計は、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ_２＞３１４．８２ＭＨｚとすると、圧力検出用弾性表面波素子２の波長λ_２＜９．８７９μｍ、インターデジタルトランスデューサの電極指幅Ｐ_２＜２．４７０μｍとなる。また参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ_３＝３１４．６８ＭＨｚとすると、参照用弾性表面波素子３の波長λ_３＝９．８８３μｍ、インターデジタルトランスデューサの電極指幅Ｐ_２＝２．４７１μｍとなる。上記例ではｆａ_３＜ｆｒ_２の場合について説明したが、ｆａ_２＜ｆｒ_３の場合においても同様に圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ_２から反共振周波数をｆａ_２までの周波数帯域（ｆｒ_２〜ｆａ_２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ_３から反共振周波数ｆａ_３までの周波数帯域（ｆｒ_３〜ｆａ_３）とが重なり合わないように設定すればよい。

また、図５はセンサ基板１として水晶基板を用いた場合の、弾性表面波素子の周波数温度特性を示す。なお、図５において、横軸は温度（単位は℃）、縦軸は周波数の変化率（単位はｐｐｍ）である。この図に示すような水晶基板に代表される周波数温度特性が２次曲線を示す単結晶圧電材料を用いる場合には、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数（ｆｒ）差が大きくなると、圧力検出用弾性表面波素子２の周波数温度特性の頂点温度と参照用弾性表面波素子３の周波数温度特性の頂点温度との差が大きくなり正確な圧力測定が困難となるため、好ましくない。

一般的に頂点温度を有する単結晶圧電材料においては、単結晶圧電材料のカット角とインターデジタルトランスデューサ等を形成する金属材料の電極膜厚の規格化膜厚（Ｈ／λ）との関係により頂点温度が決定される。ここでＨは金属材料の電極膜厚（μｍ）、λは波長（μｍ）である。ところが本発明のように圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数を異ならせた場合は圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とではλが異なるので、金属材料の電極膜厚を同一とすると規格化膜厚（Ｈ／λ）が異なるため周波数温度特性の頂点温度も異なることとなる。この関係から圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数の共振周波数差が大きくなると双方の規格化膜厚差も大きくなり、その結果として双方の周波数温度特性の頂点温度差も大きくなる。

よって、以上より本発明の圧力センサモジュール１０における圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の形成に当たっては、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ_２から反共振周波数をｆａ_２までの周波数帯域（ｆｒ_２〜ｆａ_２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ_３から反共振周波数ｆａ_３までの周波数帯域（ｆｒ_３〜ｆａ_３）とが重なり合わないように、それぞれの共振周波数および反共振周波数を設定するとともに、水晶基板等の周波数温度特性が２次曲線を示す単結晶圧電材料を用いる場合には圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の頂点温度差が大きくずれない範囲となるように例えば、頂点温度差±５℃以内となるように形成される。

ここで、頂点温度差が±５℃より大きくなると圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の周波数温度変化が圧力測定時の測定誤差となるため好ましくない。よって双方の頂点温度差が±５℃を超える場合には双方の規格化膜厚（Ｈ／λ）が同一となるように、金属材料の電極膜厚Ｈをプラズマエッチング等の金属膜エッチング技術を用いてエッチング加工することにより、参照用弾性表面波素子３と圧力用弾性表面波素子２が同一の規格化膜厚（Ｈ／λ）となるようにすれば良い。

なお、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とは、それぞれの進行波と漏れ進行波との干渉を防止するという観点からは、必ずしも隣接して配置する必要はない、すなわち進行波の進行方向に対し両者の位置がずれて配置されていても構わないが、小型化という観点からは、図１および図２に示すように両者を隣接して直列に配置することが好ましい。

次に、本実施形態にかかる圧力センサモジュールの回路構成について説明する。

圧力検出用弾性表面波素子２は、図３に示すように、その共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第１の発振回路と接続しており、この発振した電気信号をコンパレータに出力する。本実施形態の圧力検出用弾性表面波素子２は、センサ基板１の凹部５の直下領域（以下、肉薄部という。）に形成されているので、センサ基板１の上方より外部からの圧力が印加されると、圧力検出用弾性表面波素子２が圧力の強さに応じて上記肉薄部と共に変形し、その共振周波数を変化させることにより圧力変動を検出するようになっている。

参照用弾性表面波素子３は、図３に示すように、その共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第２の発振回路と接続しており、同じくこの発振した電気信号をコンパレータに出力する。また、参照用弾性表面波素子３は、その共振周波数に基づく出力信号を、圧力検出用弾性表面波素子２を構成するセンサ用弾性表面波素子の共振周波数に基づく出力信号と比較するためのものであり、かかる参照用弾性表面波素子３は凹部の形成領域外、即ち、センサ基板１の肉厚部に設けられているため、センサ基板１の上方より外部からの圧力が印加されても殆ど変形することはなく、圧力が印加されているか否かにかかわらず、第２の発振回路を介して所定周波数の電気信号を発振することができる。

そして本実施形態の圧力センサモジュールは、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とは同一のセンサ基板１上に配置されているので、共振周波数の温度依存性は、双方の弾性表面波素子の共振周波数に基づく２つの電気信号をコンパレータで比較したときにキャンセルされ、コンパレータで比較された変換信号が温度補正されたものとなる。また、このとき双方の弾性表面波素子の共振周波数に基づく２つの電気信号をコンパレータで比較し変換信号を生成することにより、センサ基板１の上方より印加される外部からの圧力変動を検出するようになっている。即ち、双方の弾性表面波素子の素子設計上（初期）の共振周波数差と、圧力変動による双方の共振周波数差を比較することで圧力変動を検出している。

そして、コンパレータで比較して生成された変換信号は、図３に示すように、上述した第２の発振回路からの電気信号を基準信号として変調回路によって変調され、得られた圧力変動データが、アンプ等により増幅されてアンテナから外部に出力されることとなり、かくして、本実施形態の圧力センサモジュールは、気体や液体などの圧力の変動を検出した圧力変動データを送信する圧力センサモジュールとして機能するようになる。

このように本実施形態の圧力センサモジュール１０によれば、参照用弾性表面波素子３を圧力検出用弾性表面波素子２と同一のセンサ基板１上に設けており、参照用弾性表面波素子３の共振周波数に基づいて発振する電気信号を、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数に基づいて発振する電気信号と比較して変換信号を生成するのに用いるとともに、該変換信号と変調する基準信号としても用いたことから、搭載する部品点数が少なくなり、圧力センサモジュールの軽量・小型化を図ることが可能となる。

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。

例えば、上述した実施形態においては半田等の導体材料を用いて封止材４を形成するようにしたが、これに代えて、エポキシ樹脂等の封止性に優れた樹脂材料を用いて封止材４を形成するようにしても構わない。この場合、センサ基板１の下面や支持基板３の上面に接合用導体８，９等を設ける必要はない。また、封止材４を樹脂材料によって形成する場合、その中に金属微粒子等の導電性フィラを所定量添加して封止材４に導電性を付与した上、これを支持基板下面のグランド端子に電気的に接続させておくようにすれば、上述した実施形態と同様に、封止材４をシールド材として機能させることができ、封止領域内の圧力検出用弾性表面波素子２を外部からのノイズに影響されることなく安定して動作させることが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる圧力センサモジュールの断面図である。図１の圧力センサモジュールに用いられるセンサ素子の斜視図である。本発明の一実施形態にかかる圧力センサモジュールの回路構成を説明する図である。本発明の圧力センサモジュールに用いられるセンサ素子として水晶基板を用いた場合の参照用弾性表面波素子と圧力検出用弾性表面波素子の共振特性を示す周波数特性図である。本発明の圧力センサモジュールに用いられるセンサ素子として水晶基板を用いた場合の温度特性を示す周波数温度特性図である。

符号の説明

１・・・センサ基板
２・・・圧力検出用弾性表面波素子
２ａ・・・圧力検出用弾性表面波素子のインターデジタルトランスデューサ
２ｂ・・・圧力検出用弾性表面波素子の反射器
３・・・参照用弾性表面波素子
３ａ・・・参照用弾性表面波素子のインターデジタルトランスデューサ
３ｂ・・・参照用弾性表面波素子の反射器
４・・・封止材
５・・・凹部
６・・・支持基板
７・・・電極パッド
８，９・・・接合用導体
１０・・・圧力センサモジュール
１２・・・ＩＣチップ
１３・・・アンテナ
１４・・・樹脂
１５・・・アンプ
ｆｒ_２・・・圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数
ｆａ_２・・・圧力検出用弾性表面波素子の反共振周波数
ｆｒ_３・・・参照用弾性表面波素子の共振周波数
ｆａ_３・・・参照用弾性表面波素子の反共振周波数

Claims

一主面に凹部が形成されているセンサ基板上で、前記凹部の形成領域内に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む圧力検出用弾性表面波素子を、前記凹部の形成領域外に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む参照用弾性表面波素子を設けたセンサ素子と、
前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第１の発振回路と、
前記参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第２の発振回路と、
前記第１の発振回路からの電気信号と前記第２の発振回路からの電気信号とを比較して変換信号を生成するとともに、該変換信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータからの変換信号と前記第２の発振回路からの電気信号とを変調して外部に出力する変調回路と、を備えてなる圧力センサモジュールにおいて、
前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数と前記参照用弾性表面波素子の共振周波数とを異ならせたことを特徴とする圧力センサモジュール。
前記第１の発振回路、前記第２の発振回路、前記コンパレータ及び前記変調回路が単一のＩＣチップ上に集積されており、該ＩＣチップと前記センサ素子とが共通の支持基板上に搭載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モジュール。