JP2010243155A - 圧力センサーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】外形サイズの小型化及び温度変化に対する感圧素子の共振周波数の補正精度の向上が実現できる圧力センサーモジュールの提供。
【解決手段】圧力センサーモジュール１は、振動片部１３と振動片部１３の両端に接続される一対の基部１４とを有する双音叉素子１５と、双音叉素子１５の各基部１４を支持する一対の支持部２２を有し、双音叉素子１５の一方の主面１１側を覆うダイヤフラム層２０と、双音叉素子１５の他方の主面１２側を覆うベース層３０と、双音叉素子１５を共振させる発振回路部、温度センサーなどの温度検出部を有するＩＣチップ４０と、を備え、ＩＣチップ４０が、ダイヤフラム層２０、感圧素子層１０、ベース層３０の積層により形成されたパッケージ５０の内部に収容され、双音叉素子１５と電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、感圧素子を用いた圧力センサーモジュールに関し、特にダイヤフラムを備えて構成された圧力センサーモジュールに関する。

従来、ダイヤフラムと、容器と、ダイヤフラムに設けられた支持部に搭載された双音叉振動子（以下、双音叉素子という）などの感圧素子とを有して構成された圧力センサーが開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
これらの圧力センサーは、ダイヤフラムの変位量を感圧素子の共振周波数の変化量に変換して圧力を測定する構成となっている。

特開２００７−３３３４５２号公報 特開２００７−３２７９２２号公報 特開２００８−２４１２８７号公報

これらの圧力センサーは、外部機器の回路基板などに実装され、その周囲に圧力センサーの感圧素子を共振させる発振回路部などを有したＩＣチップが、実装されている。
これにより、圧力センサーとＩＣチップとを備えた圧力センサーモジュールとしては、圧力センサーとＩＣチップとが、回路基板などに別々に実装されていることから、スペース効率が悪く全体のサイズが大きくなるという問題がある。

また、上記圧力センサーモジュールの構成では、圧力センサーの温度を検出する温度検出部も、圧力センサーの周囲に実装されていることから、温度検出部で検出された温度と、圧力センサー内の感圧素子の温度との間に、ずれが生じる虞がある。
これにより、圧力センサーモジュールは、温度変化に対応して感圧素子の共振周波数の補正を行う温度特性補償機能において、更なる補正精度の向上が困難であるという問題がある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる圧力センサーモジュールは、感圧部と該感圧部の両端に接続される一対の基部とを有する感圧素子と、前記感圧素子の前記各基部を支持する一対の支持部を有し、前記感圧素子の一方の主面側を覆うダイヤフラム層と、前記感圧素子の他方の主面側を覆うベース層と、前記感圧素子を共振させる発振回路部を有するＩＣチップと、を備え、前記ＩＣチップが、前記両層を含む複数の層の積層により形成されたパッケージの内部に収容され、前記感圧素子と電気的に接続されていることを特徴とする。

これによれば、圧力センサーモジュールは、ＩＣチップが、ダイヤフラム層（ダイヤフラムと同義）とベース層とを含む複数の層の積層により形成されたパッケージの内部に収容され、感圧素子と電気的に接続されている。
このことから、圧力センサーモジュールは、圧力センサーとＩＣチップとが回路基板などに別々に実装されている従来の圧力センサーモジュールと比較して、スペース効率がよいことにより、外形サイズを小型化できる。

［適用例２］上記適用例にかかる圧力センサーモジュールは、前記感圧素子を囲む枠部と、該枠部と前記感圧素子の前記各基部とを接続する腕部と、を有し、前記感圧素子を含んで成る感圧素子層を備え、前記感圧素子層が、前記両層の間に積層されていることが好ましい。

これによれば、圧力センサーモジュールは、感圧素子を含んで成る感圧素子層が、ダイヤフラム層とベース層との間に積層されている。
このことから、圧力センサーモジュールは、例えば、各層を複数個取りのウエハー状に形成することが可能となり、各層をウエハー状のまま積層することにより、複数の圧力センサーモジュールを、一括して製造することができる。

［適用例３］上記適用例にかかる圧力センサーモジュールは、前記ＩＣチップが、前記ベース層に搭載され、前記感圧素子の励振電極から引き出された引き出し電極が、前記腕部における前記ベース層との対向面に形成され、前記ベース層が、前記腕部に向かって突出した突出部を有し、前記引き出し電極が、一端部が前記ＩＣチップと接続され他端部が前記突出部に延在されている接続配線に、前記突出部で接続されていることが好ましい。

これによれば、圧力センサーモジュールは、ＩＣチップが、ベース層に搭載されていることから、例えば、受圧時などに発生するダイヤフラム層の歪みに起因するＩＣチップの特性劣化を、ベース層の剛性によって抑制できる。
また、圧力センサーモジュールは、感圧素子の励振電極から引き出された引き出し電極が、腕部におけるベース層との対向面に形成され、一端部がＩＣチップと接続され他端部が突出部に延在されている接続配線に、突出部で接続されている。

このことから、圧力センサーモジュールは、励振電極とＩＣチップとの接続が、感圧素子層の枠部を経由することなく行える。
これにより、圧力センサーモジュールは、各層と感圧素子層との枠部を介しての接合に用いる接合方法、接合部材に関して、導電性の有無が問われないことから、接合方法、接合部材の選択肢が広がり、好適な接合方法、接合部材を容易に選択できる。

［適用例４］上記適用例にかかる圧力センサーモジュールは、前記感圧素子の励振電極から引き出された引き出し電極が、前記腕部における前記ベース層との対向面に形成され、前記ベース層が、前記腕部に向かって突出した突出部を有し、前記突出部が、前記ベース層の厚み方向に沿って前記ベース層を貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の側壁を含む前記ベース層の外面に外部端子が形成され、導電性を有する封止部材が前記貫通孔に充填されることにより、前記封止部材を介して前記引き出し電極と前記外部端子とが接続されていることが好ましい。

これによれば、圧力センサーモジュールは、引き出し電極が、腕部におけるベース層との対向面に形成され、ベース層が、腕部に向かって突出した突出部を有し、突出部が貫通孔を有している。
そして、圧力センサーモジュールは、貫通孔の側壁を含むベース層の外面に外部端子が形成され、封止部材が貫通孔に充填されることにより、パッケージ内が封止されるとともに、封止部材を介して引き出し電極と外部端子とが接続されている。

このことから、圧力センサーモジュールは、例えば、外部端子に測定機器の測定端子を接触させることにより、封止された状態のパッケージ内における感圧素子の定数などの特性を測定することができる。

［適用例５］上記適用例にかかる圧力センサーモジュールは、前記ＩＣチップが、前記ベース層に搭載され、前記ＩＣチップと接続されている接続配線が、前記ベース層の前記外面の前記外部端子の近傍に延在されていることが好ましい。

これによれば、圧力センサーモジュールは、ＩＣチップが、ベース層に搭載され、ＩＣチップと接続されている接続配線が、ベース層の外部端子の近傍に延在されている。
このことから、圧力センサーモジュールは、例えば、封止された状態のパッケージ内における感圧素子の特性を測定後、感圧素子が良品であれば、外部端子と接続配線とを、はんだ、導電性接着剤などの接合部材で接続し、感圧素子とＩＣチップとを電気的に接続することができる。
これにより、圧力センサーモジュールは、不良品の感圧素子をＩＣチップとの接続前に除去できることから、生産性を向上させることができる。

［適用例６］上記適用例にかかる圧力センサーモジュールは、前記ＩＣチップが、前記ベース層の凹部に搭載されていることが好ましい。

これによれば、圧力センサーモジュールは、ＩＣチップが、ベース層の凹部に搭載されていることから、ベース層の剛性を略維持しつつ、ＩＣチップ搭載に伴う総厚の増加を、凹部の深さ分抑制できる。

［適用例７］上記適用例にかかる圧力センサーモジュールは、前記ＩＣチップが、温度検出部を有していることが好ましい。

これによれば、圧力センサーモジュールは、パッケージの内部に収容されているＩＣチップが、温度検出部を有していることから、温度検出部が圧力センサーの周囲にある従来の圧力センサーモジュールと比較して、感圧素子の温度をより正確に検出できる。
したがって、圧力センサーモジュールは、温度変化に対応して感圧素子の共振周波数の補正を行う温度特性補償機能において、上記従来の圧力センサーモジュールと比較して、更なる補正精度の向上が実現できる。

［適用例８］上記適用例にかかる圧力センサーモジュールは、前記感圧部が、少なくとも一以上の柱状ビームから構成されていることが好ましい。

これによれば、圧力センサーモジュールは、感圧素子の感圧部が、少なくとも一以上の柱状ビームから構成されていることから、他の感圧素子と比較して、圧力の検出精度が高い特性を有し、圧力センサーモジュールの検出精度を向上させることができる。

［適用例９］上記適用例にかかる圧力センサーモジュールは、前記ＩＣチップが、平面視において、前記感圧素子と重ならない位置に配置されていることが好ましい。

これによれば、圧力センサーモジュールは、ＩＣチップが、平面視において、感圧素子と重ならない位置に配置されていることから、ＩＣチップの厚みがそのまま総厚に加えられることがなく、ＩＣチップ搭載に伴う総厚の増加を抑制できる。

本実施形態の圧力センサーモジュールの概略構成を示す模式展開斜視図。 図１の模式断面図。 変形例１の圧力センサーモジュールの概略構成を示す模式展開斜視図。 変形例２の圧力センサーモジュールの概略構成を示す模式図。 変形例３の圧力センサーモジュールの概略構成を示す模式展開斜視図。

以下、圧力センサーモジュールの実施形態について図面を参照して説明する。
（実施形態）
図１は、本実施形態の圧力センサーモジュールの概略構成を示す模式展開斜視図であり、図２は、図１の模式断面図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線での断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線での断面図である。なお、図１、図２では、煩雑さを避けるために、構成要素の一部を省略してある。

図１、図２に示すように、圧力センサーモジュール１は、感圧素子層１０と、感圧素子層１０の一方の主面１１側を覆うダイヤフラム層２０と、感圧素子層１０の他方の主面１２側を覆うベース層３０と、ＩＣチップ４０と、を備えている。
圧力センサーモジュール１は、上記各層が、平面視において輪郭が互いに重なり合うように上記の位置関係で積層されることにより、略直方体形状に形成されている。
圧力センサーモジュール１は、各層が積層され接合されることにより、各層の外郭部分がパッケージ５０を形成している。ＩＣチップ４０は、パッケージ５０の内部に収容されている。

感圧素子層１０は、感圧部としての互いに略平行な角柱状の一対の振動片部（柱状ビーム）１３と、振動片部１３の両端に接続される一対の略矩形の基部１４とを有する感圧素子としての双音叉素子１５と、双音叉素子１５を囲む略矩形の枠部１６と、枠部１６と双音叉素子１５の各基部１４とを接続する各一対の梁状の腕部１７とを有している。
感圧素子層１０は、平面視において外形形状が略矩形に形成され、各構成要素の厚みが略同一に形成されている。

双音叉素子１５の図示しない励振電極から引き出された引き出し電極１８は、腕部１７の途中に設けられた一対の拡張部１７ａのベース層３０との対向面１９に、それぞれ形成されている。
なお、感圧素子層１０は、複数個取りが可能なウエハー状の水晶基板を基材として、フォトエッチング、サンドブラストなどの加工方法により上記の形状に形成されている。

ダイヤフラム層２０は、平面視において外形形状が略矩形で、感圧素子層１０の一方の主面１１側を覆うように配置されている。
ダイヤフラム層２０は、感圧素子層１０側に受圧時に変形する凹部２１が形成されており、凹部２１から突出して、感圧素子層１０の各基部１４を支持する一対の島状の支持部２２を有している。
ダイヤフラム層２０は、支持部２２が感圧素子層１０の各基部１４と接合され、凹部２１の外周枠部２３が感圧素子層１０の枠部１６と接合されている。
なお、ダイヤフラム層２０は、複数個取りが可能なウエハー状の水晶基板を基材として、フォトエッチング、サンドブラストなどの加工方法により上記の形状に形成されている。

ベース層３０は、平面視において外形形状が略矩形に形成されている。ベース層３０は、感圧素子層１０側に双音叉素子１５との隙間を確保するための第１の凹部３１が形成されている。
そして、ベース層３０は、感圧素子層１０の他方の主面１２側を覆うように配置され、第１の凹部３１の外周枠部３２が感圧素子層１０の枠部１６と接合されている。

ベース層３０の第１の凹部３１には、感圧素子層１０の腕部１７の一対の拡張部１７ａに向かって突出した一対の突出部３３が形成されている。なお、突出部３３の高さは、拡張部１７ａの引き出し電極１８に略接する高さとなっている。
突出部３３は、ベース層３０の厚み方向に沿って、ベース層３０を貫通する貫通孔３４を有している。

貫通孔３４の側壁３４ａを含むベース層３０の外面３０ａには、蒸着、スパッタなどにより外部端子３５が形成されている。
なお、貫通孔３４の側壁３４ａは、蒸着、スパッタなどによる外部端子３５の形成を容易にするために、引き出し電極１８側の孔径より、外面３０ａ側の孔径の方が大きくなるように傾斜して形成されていることが好ましい。

圧力センサーモジュール１は、導電性を有する金／ゲルマニウム合金、はんだなどの封止部材３６が、加熱溶融されて貫通孔３４に充填されることにより、封止部材３６を介して引き出し電極１８と外部端子３５とが接続されている。
これにより、圧力センサーモジュール１は、外部端子３５に測定機器の測定端子を接触させることで、封止された状態のパッケージ５０内における双音叉素子１５の定数などの特性を測定することができる。

ベース層３０の第１の凹部３１の略中央部には、ＩＣチップ４０を搭載するための第２の凹部３７が設けられている。
第２の凹部３７には、蒸着、スパッタなどにより複数の接続配線３８が形成されている。接続配線３８は、一端部がＩＣチップ４０の接続端子４２と接続され、他端部がビアホール３８ａなどを経由して、外部機器との接続用などとしてベース層３０の外面３０ａに形成された複数の接続電極３９に接続されている。

ベース層３０には、セラミックグリーンシートを積層し、複数個取りが可能なウエハー状の形状に成形して焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。なお、ベース層３０には、他の各層と同様に複数個取りが可能なウエハー状の水晶基板を基材として用いてもよい。
また、ベース層３０は、剛性を高めるために他の各層よりも厚く形成されていることが好ましい。

ＩＣチップ４０は、シリコン基板などからなり、双音叉素子１５を励振して共振させ、共振信号をインバーターなどにより増幅する発振回路部を有している。また、ＩＣチップ４０は、双音叉素子１５の共振周波数を、変化の割合に応じて、ルックアップテーブルなどによって定められた数値に変換することで圧力を算出する圧力変換部を有している。
さらに、ＩＣチップ４０は、周囲の温度を検出する温度センサーなどの温度検出部、温度検出部の検出結果に基づき、双音叉素子１５の共振周波数を補正することにより、双音叉素子１５の温度特性を補償する温度特性補償回路部などを有している。

ＩＣチップ４０は、一主面４１に複数の接続端子４２を有している。接続端子４２の内訳は、双音叉素子１５の励振電極との接続用（２個）、電源接続用（２個）、圧力値出力用、双音叉素子１５の定数などの特性調整用、ＧＮＤ接続用などである。

ＩＣチップ４０は、フリップチップ実装により、一主面４１側が接続配線３８と対向するように、ベース層３０の第２の凹部３７に搭載されている。
詳述すると、ＩＣチップ４０は、アルミなどからなる接続端子４２が、金、ハンダなどからなるバンプ４３を用いた熱圧着（バンプ接着）により、接続配線３８の一端部と接続されている。

ここで、図２（ｂ）に示すように、ＩＣチップ４０の接続端子４２の内の、双音叉素子１５の励振電極との接続用の接続端子４２ａと接続された接続配線３８ｂは、ビアホール３８ｃを経由し、接続電極３９ａとしてベース層３０の外面３０ａの外部端子３５の近傍に延在されている。
そして、接続電極３９ａと外部端子３５とは、はんだ、導電性接着剤などの接合部材４４を介して接続されている。これにより、ＩＣチップ４０における双音叉素子１５の励振電極との接続用の接続端子４２ａと、双音叉素子１５の励振電極とは、電気的に接続されている。
なお、上述した事前の特性測定で、双音叉素子１５が不良品の場合は、上記接続は行われず、不良品として除去される。

なお、圧力センサーモジュール１は、ＩＣチップ４０の一主面４１側とベース層３０の第２の凹部３７との間に、エポキシ樹脂などの樹脂（アンダーフィル材）が充填され、ＩＣチップ４０の接続端子４２と接続配線３８との接続部分が補強や保護されるように構成されていてもよい。

なお、圧力センサーモジュール１の各層間の接合、及び双音叉素子１５の各基部１４とダイヤフラム層２０の各支持部２２との接合には、（１）低融点ガラスによる接合方法、（２）互いの接合面をプラズマ照射などにより親水化処理して表面を活性化させ、接合面同士を貼り合わせることで水素結合させるなどの直接接合方法、（３）アルコキシド、オルガノシロキシ基などを含む接合部材を用い、紫外線やプラズマ照射により接合する接合方法、（４）金錫合金被膜などの金属被膜を接合部材に用いた共晶接合方法などを用いることができる。

上記の構成により、圧力センサーモジュール１は、ダイヤフラム層２０と双音叉素子１５との間、及び双音叉素子１５とベース層３０との間に隙間が確保された状態で、双音叉素子１５の各基部１４が、ダイヤフラム層２０の各支持部２２に接合されている。
これにより、圧力センサーモジュール１は、双音叉素子１５が各支持部２２間に架け渡された状態となっている。

以上のように構成された圧力センサーモジュール１は、封止部材３６によってパッケージ５０内が気密に封止され、真空状態に保持されており、絶対圧を検出する圧力センサーモジュールとなっている。
なお、複数個取りが可能なウエハー状の形状で各層が積層されて形成された圧力センサーモジュール１は、ダイシング装置などの切断手段により、個片に分割される。

ここで、圧力センサーモジュール１の基本動作について概略を説明する。
図２（ａ）に示すように、圧力センサーモジュール１は、ベース層３０の接続電極３９が、外部機器の回路基板などの実装面に実装されることにより、外部機器へ搭載されるように構成されている。
圧力センサーモジュール１は、ＩＣチップ４０の発振回路部によって双音叉素子１５の振動片部１３を所定の共振周波数で共振させ、外部からの圧力を振動片部１３の共振周波数の変化によって検出する構成となっている。

圧力センサーモジュール１は、外部からの圧力を受けると、ダイヤフラム層２０が２点鎖線で示すように矢印Ｃ方向に撓む（以下、変位するともいう）。
このとき、圧力センサーモジュール１は、このダイヤフラム層２０の撓みにより、ダイヤフラム層２０の各支持部２２が、互いの間隔が広がる矢印Ｄ方向に変位する。
これにより、各支持部２２間に架け渡された状態で接合されている双音叉素子１５は、矢印Ｄ方向に引張力が加わり変位する。
これにより、双音叉素子１５は、例えば、巻き上げられた弦楽器の弦のように、振動片部１３の共振周波数が高くなる方に変化する。

なお、外部からの圧力が内部の真空状態より低い圧力の場合には、圧力センサーモジュール１は、ダイヤフラム層２０が、破線で示すように矢印Ｅ方向に撓み、各支持部２２が、互いの間隔が狭まる矢印Ｆ方向に変位する。
これにより、双音叉素子１５は、矢印Ｆ方向に圧縮力が加わって変位し、例えば、巻き戻された弦楽器の弦のように、振動片部１３の共振周波数が低くなる方に変化する。

圧力センサーモジュール１は、この共振周波数の変化を検出している。外部からの圧力は、ＩＣチップ４０の圧力変換部において、検出された共振周波数の変化の割合に応じて、ルックアップテーブルなどによって定められた数値に変換することで算出され、接続電極３９を介して外部機器へ圧力値として出力される。

ここで、圧力センサーモジュール１は、ＩＣチップ４０が、温度検出部を有していることから、ＩＣチップ４０の上方に位置する双音叉素子１５の温度を、近接した状態で検出できる。
これにより、圧力センサーモジュール１は、温度特性補償回路部が温度変化に対応して双音叉素子１５の共振周波数の補正を行う温度特性補償機能において、温度検出部がパッケージ５０の周囲に実装された従来の圧力センサーモジュールと比較して、双音叉素子１５の温度をより正確に検出できることから、更なる補正精度の向上が実現できる。

上述したように、本実施形態の圧力センサーモジュール１は、ＩＣチップ４０が、ダイヤフラム層２０と感圧素子層１０とベース層３０との積層により形成されたパッケージ５０の内部に収容され、双音叉素子１５と電気的に接続されている。
このことから、圧力センサーモジュール１は、圧力センサーとＩＣチップとが回路基板などに別々に実装されている従来の圧力センサーモジュールと比較して、スペース効率がよいことにより、外形サイズを小型化できる。

また、圧力センサーモジュール１は、各層を複数個取りのウエハー状に形成し、各層をウエハー状のまま積層することにより、複数の圧力センサーモジュール１を一括して製造することができる。

また、圧力センサーモジュール１は、ＩＣチップ４０が、他の層より剛性の高いベース層３０に搭載されていることから、受圧時などに発生するダイヤフラム層２０の歪みに起因するＩＣチップの特性劣化を抑制できる。

また、圧力センサーモジュール１は、ＩＣチップ４０が、ベース層３０の第２の凹部３７に搭載されていることから、ベース層３０の剛性を略維持しつつ、ＩＣチップ４０搭載に伴う総厚の増加を、第２の凹部３７の深さ分抑制できる。

また、圧力センサーモジュール１は、引き出し電極１８が、腕部１７における拡張部１７ａのベース層３０との対向面１９に形成され、ベース層３０が、腕部１７に向かって突出した突出部３３を有し、突出部３３が貫通孔３４を有している。
そして、圧力センサーモジュール１は、貫通孔３４の側壁３４ａを含むベース層３０の外面３０ａに外部端子３５が形成され、封止部材３６が貫通孔３４に充填されることにより、封止部材３６を介して引き出し電極１８と外部端子３５とが接続されている。

このことから、圧力センサーモジュール１は、外部端子３５に測定機器の測定端子を接触させることにより、封止された状態のパッケージ５０内における双音叉素子１５の定数などの特性を測定することができる。

加えて、圧力センサーモジュール１は、ＩＣチップ４０における双音叉素子１５の励振電極との接続用の接続端子４２ａと接続されている接続配線３８ｂが、ベース層３０の外部端子３５の近傍に接続電極３９ａとして延在されている。
このことから、圧力センサーモジュール１は、パッケージ５０内に封止された状態の双音叉素子１５の特性を測定後、双音叉素子１５が良品であれば、外部端子３５と接続電極３９ａとを、接合部材４４で接続し、双音叉素子１５とＩＣチップ４０とを電気的に接続することができる。
これにより、圧力センサーモジュール１は、不良品の双音叉素子１５をＩＣチップ４０との接続前に除去できることから、生産性を向上させることができる。

また、圧力センサーモジュール１は、上記の構成により、双音叉素子１５の励振電極とＩＣチップ４０との電気的な接続が、感圧素子層１０の枠部１６を経由することなく行える。
これにより、圧力センサーモジュール１は、各層と感圧素子層１０との枠部１６を介しての接合に用いる接合方法、接合部材に関して、導電性の有無が問われないことから、接合方法、接合部材の選択肢が広がり、好適な接合方法、接合部材を容易に選択できる。

また、圧力センサーモジュール１は、ＩＣチップ４０が、温度検出部を有していることから、ＩＣチップ４０の上方に位置する双音叉素子１５の温度を、近接した状態で検出できる。
これにより、圧力センサーモジュール１は、温度特性補償回路部が温度変化に対応して双音叉素子１５の共振周波数の補正を行う温度特性補償機能において、温度検出部がパッケージ５０の周囲に実装された従来の圧力センサーモジュールと比較して、双音叉素子１５の温度をより正確に検出できることから、更なる補正精度の向上が実現できる。

また、圧力センサーモジュール１は、感圧素子が、二つの振動片部１３を感圧部とする双音叉素子１５であることから、他の感圧素子と比較して、圧力の検出精度が高い特性を有し、圧力センサーモジュール１の検出精度を向上させることができる。

また、圧力センサーモジュール１は、水晶基板を基材として各層が構成された場合には、各層の熱膨張率が略同一となることから、周囲の温度変化に伴う各層の伸縮が発生した際に、各層の伸縮の度合いが略同一であることにより、各層の伸縮の差に起因する応力の発生が殆どない。
これにより、圧力センサーモジュール１は、周囲の温度変化に起因する感度、精度などの特性の変化を抑制できる。

なお、上記実施形態では、外部端子３５と接続電極３９ａとを、接合部材４４で接続し、双音叉素子１５とＩＣチップ４０とを電気的に接続していたが、これに限定するものではない。
圧力センサーモジュール１は、外部機器の接続端子の形状を、接続電極３９ａと外部端子３５とにまたがるように形成することにより、外部機器への実装時に、外部機器の接続端子を介して両者が接続され、双音叉素子１５とＩＣチップ４０とが電気的に接続される構成としてもよい。

ここで、上記実施形態の圧力センサーモジュール１の変形例について説明する。
（変形例１）
図３は、変形例１の圧力センサーモジュールの概略構成を示す模式展開斜視図である。なお、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図３に示すように、圧力センサーモジュール１０１は、感圧部としての振動片部１１３が一つである柱状ビームからなる（シングルビームともいう）音叉素子１１５が、感圧素子として感圧素子層１１０に形成されている。
これにより、圧力センサーモジュール１０１は、上記実施形態の圧力センサーモジュール１と同様に、圧力の変化に伴う音叉素子１１５の共振周波数の変化により、外部からの圧力を検出することができる。

（変形例２）
図４は、変形例２の圧力センサーモジュールの概略構成を示す模式図である。図４（ａ）は、平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＧ−Ｇ線での断面図である。なお、平面図においては、便宜的にダイヤフラム層を省略してある。
また、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、変形例２の圧力センサーモジュール２０１は、ＩＣチップ４０が、平面視において、ベース層３０の第１の凹部３１の、双音叉素子１５と重ならない位置に配置されている。
ＩＣチップ４０は、エポキシ系などの接着剤４５によりベース層３０の第１の凹部３１に接合されている。

ベース層３０の第１の凹部３１には、蒸着、スパッタなどにより複数の接続配線３８が形成されている。
接続配線３８の一端部は、ワイヤーボンディングによりワイヤー４６を介してＩＣチップ４０の接続端子４２と接続されている。接続配線３８の他端部は、図示しない内部配線を介してベース層３０の外面３０ａの接続電極３９などに接続されている。なお、ＩＣチップ４０は、ワイヤー４６が双音叉素子１５と干渉しないように配置されている。

ここで、一端部がＩＣチップ４０における双音叉素子１５の励振電極との接続用の接続端子４２ａと接続された接続配線３８ｂは、他端部が突出部３３の上面３３ａまで延在されている。
接続配線３８ｂの他端部は、導電性接着剤、金錫合金などの共晶合金被膜、はんだなどの導電性接合部材４７を介して、腕部１７の拡張部１７ａの引き出し電極１８と接続されている。
これにより、ＩＣチップ４０における双音叉素子１５の励振電極との接続用の接続端子４２ａと、双音叉素子１５の励振電極とは、電気的に接続されている。
なお、突出部３３の側壁３３ｂは、蒸着、スパッタなどによる接続配線３８ｂの形成が容易に行えるように、突出部３３の根元側がせり出した斜面になっていることが好ましい。

なお、圧力センサーモジュール２０１では、突出部３３に貫通孔を設けていないが、上記実施形態と同様に、突出部３３に貫通孔を設け、封止部材３６（図２（ｂ）参照）を介して引き出し電極１８と接続配線３８ｂとを接合してもよい。

上述したように、圧力センサーモジュール２０１は、ＩＣチップ４０が、平面視において、双音叉素子１５と重ならない位置に配置されていることから、ＩＣチップ４０の厚みがそのまま総厚に加えられることがない。
これにより、圧力センサーモジュール２０１は、ＩＣチップ４０搭載に伴う総厚の増加を抑制できる。

なお、圧力センサーモジュール２０１は、上記実施形態と同様に、第１の凹部３１にＩＣチップ４０を搭載するための第２の凹部３７（図１、図２参照）を設けてもよい。
これによれば、圧力センサーモジュール２０１は、ＩＣチップ４０の接続端子４２と接続配線３８との段差を少なくできることから、ワイヤーボンディング作業が容易に行えて、生産性を向上させることができる。

（変形例３）
図５は、変形例３の圧力センサーモジュールの概略構成を示す模式展開斜視図である。なお、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図５に示すように、変形例３の圧力センサーモジュール３０１は、感圧素子層１０（図１参照）の枠部１６と、基部１４から拡張部１７ａまでを除いた腕部１７とが削除されている。つまり、圧力センサーモジュール３０１は、双音叉素子１５が層としてではなく、単体で構成されている。
これにより、圧力センサーモジュール３０１は、ダイヤフラム層２０の外周枠部２３とベース層３０の外周枠部３２との少なくともいずれか一方が、双音叉素子１５の厚み分、各層の厚み方向に沿って延在され、両者が互いに接合されている。

これによれば、圧力センサーモジュール３０１は、双音叉素子１５が層としてではなく、単体で構成されていることから、上記実施形態と比較して、ウエハー状の水晶基板に、より多くの双音叉素子１５を形成できる。
また、圧力センサーモジュール３０１は、パッケージ５０の構成がダイヤフラム層２０とベース層３０との２層構成となることから、上記実施形態と比較して、各層間の接合箇所が減ることにより接合工数を削減できる。

なお、上記実施形態及び各変形例においては、拡張部１７ａを、枠部１６（外周枠部２３，３２）に近接する位置に設けてもよい。これによれば、圧力センサーモジュール（１など）は、ベース層３０の突出部３３に接合された拡張部１７ａの剛性に起因する双音叉素子１５の変位の阻害を緩和できる。

また、上記実施形態及び各変形例においては、ダイヤフラム層２０に熱膨張率が水晶基板に近似するガラス基板、セラミック基板などを用いてもよい。
また、感圧素子層１０（双音叉素子１５）の基材は、水晶基板に限定するものではなく、タンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板などの圧電性を有する基板でもよい。

なお、上記実施形態及び変形例１、３における、双音叉素子１５，１１５の引き出し電極１８を、突出部３３の貫通孔３４に充填された封止部材３６を介して外部端子３５と接続する構成は、ＩＣチップ４０を搭載しない圧力センサーにも適用できる。

１…圧力センサーモジュール、１０…感圧素子層、１１…一方の主面、１２…他方の主面、１３…感圧部としての振動片部、１４…基部、１５…感圧素子としての双音叉素子、１６…枠部、１７…腕部、１７ａ…拡張部、１８…引き出し電極、１９…対向面、２０…ダイヤフラム層、２１…凹部、２２…支持部、２３…外周枠部、３０…ベース層、３１…第１の凹部、３２…外周枠部、３３…突出部、３４…貫通孔、３７…第２の凹部、３８，３８ｂ…接続配線、４０…ＩＣチップ、５０…パッケージ。

Claims (9)

1. 感圧部と該感圧部の両端に接続される一対の基部とを有する感圧素子と、
   前記感圧素子の前記各基部を支持する一対の支持部を有し、前記感圧素子の一方の主面側を覆うダイヤフラム層と、
   前記感圧素子の他方の主面側を覆うベース層と、
   前記感圧素子を共振させる発振回路部を有するＩＣチップと、を備え、
   前記ＩＣチップが、前記両層を含む複数の層の積層により形成されたパッケージの内部に収容され、前記感圧素子と電気的に接続されていることを特徴とする圧力センサーモジュール。
2. 請求項１に記載の圧力センサーモジュールにおいて、前記感圧素子を囲む枠部と、該枠部と前記感圧素子の前記各基部とを接続する腕部と、を有し、前記感圧素子を含んで成る感圧素子層を備え、
   前記感圧素子層が、前記両層の間に積層されていることを特徴とする圧力センサーモジュール。
3. 請求項２に記載の圧力センサーモジュールにおいて、前記ＩＣチップが、前記ベース層に搭載され、
   前記感圧素子の励振電極から引き出された引き出し電極が、前記腕部における前記ベース層との対向面に形成され、
   前記ベース層が、前記腕部に向かって突出した突出部を有し、
   前記引き出し電極が、一端部が前記ＩＣチップと接続され他端部が前記突出部に延在されている接続配線に、前記突出部で接続されていることを特徴とする圧力センサーモジュール。
4. 請求項２に記載の圧力センサーモジュールにおいて、前記感圧素子の励振電極から引き出された引き出し電極が、前記腕部における前記ベース層との対向面に形成され、
   前記ベース層が、前記腕部に向かって突出した突出部を有し、
   前記突出部が、前記ベース層の厚み方向に沿って前記ベース層を貫通する貫通孔を有し、
   前記貫通孔の側壁を含む前記ベース層の外面に外部端子が形成され、
   導電性を有する封止部材が前記貫通孔に充填されることにより、前記封止部材を介して前記引き出し電極と前記外部端子とが接続されていることを特徴とする圧力センサーモジュール。
5. 請求項４に記載の圧力センサーモジュールにおいて、前記ＩＣチップが、前記ベース層に搭載され、
   前記ＩＣチップと接続されている接続配線が、前記ベース層の前記外面の前記外部端子の近傍に延在されていることを特徴とする圧力センサーモジュール。
6. 請求項３または５に記載の圧力センサーモジュールにおいて、前記ＩＣチップが、前記ベース層の凹部に搭載されていることを特徴とする圧力センサーモジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧力センサーモジュールにおいて、前記ＩＣチップが、温度検出部を有していることを特徴とする圧力センサーモジュール。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力センサーモジュールにおいて、前記感圧部が、少なくとも一以上の柱状ビームから構成されていることを特徴とする圧力センサーモジュール。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧力センサーモジュールにおいて、前記ＩＣチップが、平面視において、前記感圧素子と重ならない位置に配置されていることを特徴とする圧力センサーモジュール。

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