JP2011163884A - Pressure sensor - Google Patents
Pressure sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011163884A JP2011163884A JP2010025961A JP2010025961A JP2011163884A JP 2011163884 A JP2011163884 A JP 2011163884A JP 2010025961 A JP2010025961 A JP 2010025961A JP 2010025961 A JP2010025961 A JP 2010025961A JP 2011163884 A JP2011163884 A JP 2011163884A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure sensor
- diaphragm
- pair
- piezoelectric vibrating
- vibrating piece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、圧力センサーに関する。 The present invention relates to a pressure sensor.
従来から、圧力センサーとして、ダイヤフラムに例えば双音叉型圧電振動片をマウントしてなる構成が知られている。このような構成の圧力センサーでは、加わった圧力によりダイヤフラムとともに双音叉型圧電振動片が変形し、この変形の度合いに対応して変化する双音叉型圧電振動片の共振周波数を測定することにより、圧力センサーに加わった圧力の大きさを検出する(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a configuration in which, for example, a double tuning fork type piezoelectric vibrating piece is mounted on a diaphragm is known as a pressure sensor. In the pressure sensor having such a configuration, the double tuning fork type piezoelectric vibrating piece is deformed together with the diaphragm by the applied pressure, and by measuring the resonance frequency of the double tuning fork type piezoelectric vibrating piece that changes in accordance with the degree of the deformation, The magnitude of the pressure applied to the pressure sensor is detected (see, for example, Patent Document 1).
圧力センサーは、特許文献1に示されているように、薄肉部を有するダイヤフラムおよびダイヤフラムと対向する基台を接合してなるパッケージと、パッケージ内に収容された圧電振動片とで構成されている。また、ダイヤフラムには、薄肉部からパッケージ内に向けて突出する一対の突起が形成されており、この突起に圧電振動片が固定されている。このように、突起を介して圧電振動片を固定することにより、圧力によってダイヤフラムが撓んだ際に、ダイヤフラムと圧電振動片とが接触するのを防止している。 As shown in Patent Document 1, the pressure sensor includes a diaphragm having a thin-walled portion, a package formed by joining a base opposite to the diaphragm, and a piezoelectric vibrating piece accommodated in the package. . The diaphragm is formed with a pair of protrusions that protrude from the thin portion toward the inside of the package, and a piezoelectric vibrating piece is fixed to the protrusions. In this manner, by fixing the piezoelectric vibrating piece through the protrusion, the diaphragm and the piezoelectric vibrating piece are prevented from coming into contact when the diaphragm is bent by pressure.
このような特許文献1の圧力センサーでは、圧電振動片が有する励振電極に電圧を印加するために(すなわち励振電極を電源と接続するために)、前記励振電極をパッケージの外部に引き出す必要がある。この方法としては、特許文献1には記載されていないが、通常、電極に接続された配線をダイヤフラムの内面に這うように形成することにより、配線をパッケージの外部に引き出す方法が用いられる。また、このような配線を形成する方法としては、ダイヤフラムの表面に、金属膜を蒸着等により形成し、この金属膜をフォトグラフィ技法とエッチング法を用いて所望のパターンとすることにより形成する方法を用いることができる。 In such a pressure sensor of Patent Document 1, in order to apply a voltage to the excitation electrode included in the piezoelectric vibrating piece (that is, to connect the excitation electrode to a power source), it is necessary to draw the excitation electrode to the outside of the package. . As this method, although not described in Patent Document 1, a method of drawing the wiring to the outside of the package by forming the wiring connected to the electrode over the inner surface of the diaphragm is usually used. In addition, as a method of forming such wiring, a method of forming a metal film on the surface of the diaphragm by vapor deposition or the like and forming the metal film into a desired pattern using a photolithography technique and an etching method. Can be used.
ここで、特許文献1の圧力センサーでは、励振電極をパッケージの外部に引き出すために、配線を少なくとも薄肉部の内面および突出部の側面に形成しなければならないが、これによって次のような問題点が発生する。すなわち、薄肉部の内面に対して突起の側面が直角であるため、薄肉部の内面および突起の側面に金属膜を均一に蒸着するには、例えば、ダイヤフラムの姿勢を変えて複数回の蒸着を行わなければならず、製造工程が煩雑化する。 Here, in the pressure sensor of Patent Document 1, in order to pull out the excitation electrode to the outside of the package, the wiring must be formed at least on the inner surface of the thin portion and the side surface of the protruding portion. Will occur. That is, since the side surface of the protrusion is perpendicular to the inner surface of the thin portion, in order to deposit the metal film uniformly on the inner surface of the thin portion and the side surface of the protrusion, for example, by changing the posture of the diaphragm, the deposition is performed multiple times. This must be done and the manufacturing process becomes complicated.
また、配線の引き出し方法として、双音叉型圧電振動片と枠部とこれらを連結する梁とを1つの層で形成した圧電振動片層をダイヤフラムと基台との間に設け、この梁および枠部を介して配線を引き出す方法も知られている(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、このような構成では、梁が「つっかえ棒」のような働きをしてしまい、双音叉型圧電振動片の感度(信頼性)が低下するという問題がある。
このように、従来の圧力センサーでは、製造方法の簡易化と信頼性の両立を図ることが困難であった。
Further, as a method for drawing out the wiring, a piezoelectric vibrating reed layer in which a double tuning fork type piezoelectric vibrating piece, a frame portion, and a beam connecting them are formed as one layer is provided between the diaphragm and the base, and the beam and the frame There is also known a method of drawing out the wiring through the section (for example, see Patent Document 2). However, in such a configuration, there is a problem that the beam acts like a “replacement rod” and the sensitivity (reliability) of the double tuning fork type piezoelectric vibrating piece is lowered.
As described above, in the conventional pressure sensor, it is difficult to achieve both simplification of the manufacturing method and reliability.
本発明の目的は、製造方法の簡易化と信頼性が両立された圧力センサーを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a pressure sensor in which simplification of the manufacturing method and reliability are compatible.
本発明は、上述の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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本発明の圧力センサーは、薄肉部を有するダイヤフラムを備えるパッケージと、
前記ダイヤフラムに設けられ、前記パッケージの内部から外部に引き出された一対の配線と、
前記パッケージ内に収容され、圧電振動片本体と該圧電振動片本体に形成された一対の電極とを有する圧電振動片と、
前記圧電振動片と前記ダイヤフラムとの間に介在し、前記圧電振動片と前記ダイヤフラムと接合する一対の導電性のバンプとを有し、
前記一対のバンプのうちの一方の前記バンプは、前記一対の電極のうちの一方の前記電極と前記一対の配線のうちの一方の前記配線とを電気的に接続し、他方の前記バンプは、他方の前記電極と他方の前記配線とを電気的に接続するよう設けられていることを特徴とする。
これにより、製造方法の簡易化と信頼性が両立された圧力センサーを提供することができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1]
The pressure sensor of the present invention includes a package including a diaphragm having a thin wall portion,
A pair of wires provided on the diaphragm and drawn from the inside of the package to the outside;
A piezoelectric vibrating piece housed in the package and having a piezoelectric vibrating piece body and a pair of electrodes formed on the piezoelectric vibrating piece body;
A pair of conductive bumps interposed between the piezoelectric vibrating piece and the diaphragm, and joined to the piezoelectric vibrating piece and the diaphragm;
One of the pair of bumps electrically connects one electrode of the pair of electrodes and one wiring of the pair of wires, and the other bump The other electrode is provided so as to be electrically connected to the other wiring.
Thereby, it is possible to provide a pressure sensor in which simplification of the manufacturing method and reliability are compatible.
[適用例2]
本発明の圧力センサーでは、前記バンプは、導電性を有する接着剤で構成されていることが好ましい。
これにより、各バンプの構成が簡単となる。
[適用例3]
本発明の圧力センサーでは、前記接着剤には、ギャップ材が含まれていることが好ましい。
これにより、薄肉部と圧電振動片とを確実に離間させることができる。
[適用例4]
本発明の圧力センサーでは、前記バンプは、核と、該核の周囲を覆うように設けられた導電性を有する導電性部とを有していることが好ましい。
これにより、各バンプの構成が簡単となる。
[Application Example 2]
In the pressure sensor of the present invention, it is preferable that the bump is made of a conductive adhesive.
This simplifies the configuration of each bump.
[Application Example 3]
In the pressure sensor of the present invention, the adhesive preferably contains a gap material.
Thereby, a thin part and a piezoelectric vibrating piece can be spaced apart reliably.
[Application Example 4]
In the pressure sensor according to the aspect of the invention, it is preferable that the bump has a nucleus and a conductive portion having conductivity provided so as to cover the periphery of the nucleus.
This simplifies the configuration of each bump.
[適用例5]
本発明の圧力センサーでは、前記ダイヤフラムは、前記薄肉部の周囲を囲むように形成された枠部を有し、
前記枠部は、所定方向に延在するとともに横断面形状がテーパ状をなす延在部を有し、
各前記配線は、前記延在部を跨ぐようにして形成されていることが好ましい。
これにより、各配線を簡単かつ確実に形成することができる。
[Application Example 5]
In the pressure sensor of the present invention, the diaphragm has a frame portion formed so as to surround the thin portion,
The frame portion has an extending portion that extends in a predetermined direction and has a tapered cross section.
Each of the wirings is preferably formed so as to straddle the extending portion.
Thereby, each wiring can be formed easily and reliably.
[適用例6]
本発明の圧力センサーでは、前記ダイヤフラムは、前記薄肉部を介して対向する一対の前記延在部を有し、
前記一対の配線のうちの一方の前記配線は、前記一対の延在部のうちの一方の前記延在部を跨ぐようにして形成されており、他方の前記配線は、他方の前記延在部を跨ぐようにして形成されていることが好ましい。
これにより、一対の配線の過度な接近が防止され、一対の配線間の絶縁状態を確実に確保することができ、ショート等を防止することができる。
[Application Example 6]
In the pressure sensor of the present invention, the diaphragm has a pair of extending portions opposed to each other through the thin portion,
One of the pair of wirings is formed so as to straddle one of the extended portions of the pair of extending portions, and the other wiring is formed of the other extending portion. It is preferable to be formed so as to straddle.
Thereby, the excessive approach of a pair of wiring is prevented, the insulation state between a pair of wiring can be ensured reliably, and a short circuit etc. can be prevented.
[適用例7]
本発明の圧力センサーでは、前記一対の延在部の離間方向は、前記一対のバンプの離間方向と等しいことが好ましい。
これにより、各配線の全長を短くすることができる。
[適用例8]
本発明の圧力センサーでは、各前記配線は、該配線が接続された前記バンプに近い方の前記延在部を跨ぐようにして形成されていることが好ましい。
これにより、各配線の全長を短くすることができる。
[Application Example 7]
In the pressure sensor of the present invention, it is preferable that the separation direction of the pair of extending portions is equal to the separation direction of the pair of bumps.
Thereby, the total length of each wiring can be shortened.
[Application Example 8]
In the pressure sensor according to the aspect of the invention, it is preferable that each of the wirings is formed so as to straddle the extending portion closer to the bump to which the wiring is connected.
Thereby, the total length of each wiring can be shortened.
[適用例9]
本発明の圧力センサーでは、前記圧電振動片は、双音叉型の振動片であることが好ましい。
これにより、優れた圧力検知能力を発揮することができる。
[適用例10]
本発明の圧力センサーでは、前記ダイヤフラムおよび前記振動片本体は、それぞれ、水晶で構成されていることが好ましい。
これにより、線膨張率の違いから生じるパッケージの反りや撓み、およびこれらに起因するクラックの発生等を抑制することができる。また、線膨張率の違いから生じる圧電振動片の反りや撓みを抑制することができ、圧力センサーの検知精度を向上させることができる。
[Application Example 9]
In the pressure sensor of the present invention, the piezoelectric vibrating piece is preferably a double tuning fork type vibrating piece.
Thereby, the outstanding pressure detection capability can be exhibited.
[Application Example 10]
In the pressure sensor of the present invention, it is preferable that each of the diaphragm and the vibrating piece main body is made of quartz.
As a result, it is possible to suppress the warpage and bending of the package resulting from the difference in the linear expansion coefficient, the occurrence of cracks due to these, and the like. In addition, warping and bending of the piezoelectric vibrating piece caused by the difference in linear expansion coefficient can be suppressed, and the detection accuracy of the pressure sensor can be improved.
以下、本発明の圧力センサーを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の圧力センサーの第1実施形態を示す断面図、図2は、図1に示す圧力センサーが有するダイヤフラムを示す図(平面図および断面図)、図3は、図1に示す圧力センサーが有する双音叉型圧電振動片6を示す図(斜視図および断面図)、図4は、図1に示す圧力センサーの作動を説明する断面図、図5および図6は、それぞれ、図1に示す圧力センサーの製造方法を説明する断面図である。なお、以下の説明では、図1、図4、図5および図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, a pressure sensor of the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the pressure sensor of the present invention, FIG. 2 is a view showing a diaphragm of the pressure sensor shown in FIG. 1 (plan view and cross-sectional view), and FIG. FIG. 4 is a diagram (a perspective view and a sectional view) showing a double tuning fork type
図1に示す圧力センサー1は、ダイヤフラム2および基台3から構成されたパッケージ4と、パッケージ4の内外を電気的に接続する一対の引き出し配線(配線)51、52と、パッケージ4内に収容された双音叉型圧電振動片(圧電振動片)6と、ダイヤフラム2と双音叉型圧電振動片6とを接合する一対の導電性を有するバンプ71、72とを有している。このような圧力センサー1では、双音叉型圧電振動片6が有する一対の励振電極62、63がバンプ71、72を介して配線51、52と電気的に接続されており、これにより、励振電極621、622が圧力センサー1の外部に引き出されている。
本実施形態の圧力センサー1は、その平面視形状が矩形(長方形)である。ただし、圧力センサー1の平面視形状としてはこれに限定されず、例えば、円形や五角形以上の多角形等であってもよい。
A pressure sensor 1 shown in FIG. 1 is housed in a
The pressure sensor 1 according to the present embodiment has a rectangular (rectangular) shape in plan view. However, the planar view shape of the pressure sensor 1 is not limited to this, and may be, for example, a circle, a pentagon or more polygon.
以下、圧力センサー1の各構成について、順次、詳細に説明する。
ダイヤフラム2は、外部からの圧力(図1では上方からの圧力)を受けることにより変形する薄肉部21と、この薄肉部21の周囲に形成された枠状の枠部22とを有している。すなわち、ダイヤフラム2は、その下面(基台3側の面)の縁部を除く中央部に開放する凹部を有し、その底面が薄肉である箱型をなしているとも言える。
Hereinafter, each component of the pressure sensor 1 will be sequentially described in detail.
The
図2(a)は、ダイヤフラム2を基台3側から見た平面図、図2(b)は、図2(a)中のA−A線断面図である。同図に示すように、枠部22は、基台3側へ突出するように形成されている。また、枠部22は、ダイヤフラム2の平面視にて、第1の方向に延在する一対の第1の延在部221、223と、第1の方向と交差(本実施形態では直交)する第2の方向に延在する第2の延在部222、224の計4つの延在部が枠状に連結して構成されている。これら延在部221〜224のうち、第1の延在部221、223は、その横断面形状が矩形(長方形または正方形)をなしている。すなわち、延在部221、223は、その高さ方向(すなわち、ダイヤフラムの厚さ方向)において、その幅Wが一定となっている。一方の延在部222、224は、その横断面形状が台形をなしている。すなわち、延在部222、224は、ともに、その幅が基台3側(すなわち、図2(b)中下側から上側)へ向けて漸減するようなテーパ状をなしている。
2A is a plan view of the
なお、本実施形態では、延在部222、224がテーパ状をなしているが、枠部22の形状としては、これに限定されず、例えば、全ての延在部221〜224がテーパ状をなしていてもよく、1つの延在部のみがテーパ状をなしていてもよい。また、1つの延在部の一部にのみテーパ状の部分が形成されていてもよい。
また、このような形状(すなわち、テーパ状の延在部222、224を有する形状)のダイヤフラム2は、後述するように、Xカット(X軸に対して垂直にカットした)水晶平板(水晶素板)、Yカット水晶平板、Zカット水晶平板を用いることにより、簡単に得ることができる。
In the present embodiment, the extending
In addition, the
図1に示すように、このようなダイヤフラム2と対向するように、基台3が設けられている。基台3は、板状の基部31と、基部31の縁部から立設した枠部32とを有している。すなわち、基台3は、上面(ダイヤフラム2側の面)の縁部を除く中央部に開放する凹部を有する箱型をなしているとも言える。そして、基台3に形成された前記凹部が、ダイヤフラム2に形成された前記凹部と対向することにより空間Sが形成され、この空間S内に双音叉型圧電振動片6が収容されている。
As shown in FIG. 1, a
空間Sは、真空状態であるのが好ましい。これにより、双音叉型圧電振動片6のCI(Crystal Impedance)値を低下させ、周波数安定性を向上させることができる。空間Sを真空状態とするには、例えば、真空状態(真空の環境下)でダイヤフラム2および基台3を接合する方法や、基台3(基部31)に貫通孔をあけておき、常圧下でダイヤフラム2および基台3を接合した後、前記貫通孔を介して空間Sを真空状態とし、貫通孔に充填物(例えば金錫AuSや金ゲルマAuGe等)を充填し封止する方法などが挙げられる。
The space S is preferably in a vacuum state. Thereby, the CI (Crystal Impedance) value of the double tuning fork type
ダイヤフラム2および基台3の構成材料としては、特に限定されず、それぞれ、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス、水晶等の結晶性材料等を用いることができるが、互いに同じ材料で構成されていることが好ましい。さらには、ダイヤフラム2および基台3の構成材料としては、双音叉型圧電振動片6が有する圧電振動片本体61の構成材料と同一の材料を用いることが好ましい。すなわち、本実施形態では、ダイヤフラム2および基台3は、それぞれ、水晶で構成されているのが好ましい。
The constituent materials of the
このように、ダイヤフラム2と基台3とを同一の材料で構成することにより、線膨張率の違いから生じる圧力センサー1の不本意な反りや撓み、およびこれらに起因するクラックの発生等を抑制することができる。また、ダイヤフラム2および基台3を圧電振動片本体61と同一の材料で構成することにより、前述と同様に、線膨張率の違いから生じる圧電振動片本体61の反りや撓みを抑制することができ、圧力センサー1の検知精度を向上させることができる。
In this way, by configuring the
以上のようなダイヤフラム2および基台3を互いの凹部が向き合うようにして接合することにより、パッケージ4が構成される。ダイヤフラム2と基台3との接合方法としては、特に限定されないが、低融点ガラスやエポキシ系等の接着剤を用いた方法、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、紫外線やプラズマを照射することにより接合する方法、金錫合金被膜などの金属被膜を介して接合する共晶接合方法、直接接合、陽極接合等の各種接合方法を用いることができる。
The
このようなパッケージ4には、パッケージの内外を電気的に接続する一対の引き出し配線51、52が形成されている。図2に示すように、引き出し配線51は、薄肉部21に形成された端子511を有しており、その端子511から延出し枠部22の延在部222を跨ぐ(乗り越える)ようにして形成されている。一方、引き出し配線52は、薄肉部21に形成された端子521を有しており、その端子521から延出し枠部22の延在部224を跨ぐ(乗り越える)ようにして形成されている。
このように、引き出し配線51、52をテーパ状の延在部222、224を跨ぐように形成することにより、引き出し配線51、52を簡単かつ確実に形成することができる。なお、引き出し配線51、52の形成方法については、後の製造方法の説明中にて述べる。
Such a
In this way, by forming the lead-
また、引き出し配線51、52を、異なる延在部222、224を跨ぐように形成することにより、引き出し配線51、52の過度な接近が防止され、引き出し配線51、52間の絶縁状態を確実に確保することができ、ショート等を防止することができる。
また、引き出し配線51、52は、端子511、521の離間方向が第2の延在部222、224の離間方向と同じとなるように形成されている。そして、引き出し配線51は、第2の延在部222、224のうちの端子511に近い方の延在部222を跨ぐようにして形成されており、同様に、引き出し配線52は、第2の延在部222、224のうちの端子521に近い方の延在部224を跨ぐようにして形成されている。引き出し配線51、52を、このように形成することにより、引き出し配線51、52の全長を短くすることができる。
Further, by forming the
The
引き出し配線51、52の構成材料としては、実質的に導電性を有していれば特に限定されず、例えば、金、銀、銅、アルミニウムまたはこれらを含む合金等の金属材料、カーボンブラック等の炭素系材料、ポリアセチレン、ポリフルオレンまたはこれらの誘導体等の電子導電性高分子材料、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート等のマトリックス樹脂中に、NaCl、Cu(CF3SO3)2等のイオン性物質を分散させたイオン導電性高分子材料、インジウム酸化物(IO)、インジウムスズ酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)等の導電性酸化物材料のような各種導電性材料が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
The constituent material of the lead-
パッケージ4の内側(空間S)には、双音叉型圧電振動片6が収容されている。図3(a)に示すように、双音叉型圧電振動片6は、圧電振動片本体61と、圧電振動片本体61に形成された一対の励振電極(電極)62、63とを有している。
圧電振動片本体61は、互いに離間して設けられた一対の基部611、612と、基部611、612を連結する双音叉型の振動部613とで構成されている。また、振動部613は、間隔を隔てて互いに平行に延在する長手形状の2本の振動ビーム613a、613bを有している。このように2本の振動ビーム613a、613bを有することにより、振動部613の振動漏れ等を抑制することができ、優れた分解能を発揮する圧力センサー1を得ることができる。なお、振動ビームの数としては、本実施形態のような2本に限定されず、1本(すなわちシングルビーム型圧電振動片)であっても、3本以上であってもよい。
このような形状の圧電振動片本体61は、フォトリソグラフィ技法とウエットエッチング等の各種エッチング法を用いて1枚の平板から一体的に形成することができる。
A double tuning fork type
The piezoelectric vibrating
The piezoelectric vibrating
また、圧電振動片本体61の構成材料としては、圧電特性を有する材料であれば特に限定されないが、水晶であることが好ましい。水晶で構成することにより、優れた温度特性および振動特性を有する圧電振動片本体61(双音叉型圧電振動片6)を得ることができる。圧電振動片本体61を水晶基板で構成する場合、その水晶基板として、例えば、いわゆるXカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶基板を用いることができる。
The constituent material of the piezoelectric vibrating
一対の励振電極62、63は、双音叉型圧電振動片6の振動モードが双音叉型圧電振動片6の中心軸J(振動ビーム613a、613bの延在方向と略平行な軸)に対して対称なモードで振動するように配置されている。
具体的には、図3(A)〜(D)に示すように、励振電極62は、振動ビーム613a、613b上に形成された複数の電極片621と、基部611に形成された引き出し電極622とを有しており、これらが電気的に接続されている。これと同様に、励振電極63も、振動ビーム613a、613b上に形成された複数の電極片631と、基部612に形成された引き出し電極632とを有し、これらが電気的に接続されている。なお、引き出し電極622、632は、それぞれ、圧電振動片本体61のダイヤフラム2側の面に形成されている。
The pair of
Specifically, as shown in FIGS. 3A to 3D, the
電極片621、6311は、振動ビーム613a、613bの長手方向および周方向のそれぞれの方向について交互に位置するように形成されており、かつ、振動ビーム613a、613bで配置が逆(対称)となるように形成されている。このような電極配置とすることにより、効率的に、前述の振動モードで双音叉型圧電振動片6を振動させることができる。
The
励振電極62、63の構成材料としては、実質的に導電性を有していれば特に限定されず、例えば、金、銀、銅、アルミニウムまたはこれらを含む合金等の金属材料、カーボンブラック等の炭素系材料、ポリアセチレン、ポリフルオレンまたはこれらの誘導体等の電子導電性高分子材料、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート等のマトリックス樹脂中に、NaCl、Cu(CF3SO3)2等のイオン性物質を分散させたイオン導電性高分子材料、インジウム酸化物(IO)、インジウムスズ酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)等の導電性酸化物材料のような各種導電性材料が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
このような構成(形状)の双音叉型圧電振動片6は、伸張・圧縮応力に対する感度が良好であり、感圧素子としての分解能が優れている。そのため、双音叉型圧電振動片6を用いた圧力センサー1は、優れた圧力検知能力を発揮することができる。
The constituent material of the
The double tuning fork-type
以上、双音叉型圧電振動片6について詳細に説明したが、このような双音叉型圧電振動片6は、導電性を有する一対のバンプ71、72を介してダイヤフラム2の薄肉部21に固定(固着)されている。
図1に示すように、バンプ71は、双音叉型圧電振動片6の基部611とダイヤフラム2の薄肉部21との間に介在して形成されており、基部611をダイヤフラム2に固定している。また、バンプ71は、基部611に形成された引き出し電極622と、ダイヤフラム2に形成された端子511とに接触するように設けられている。これにより、導電性のバンプ71を介して励振電極62と引き出し配線51とが電気的に接続される。すなわち、励振電極62が、バンプ71および引き出し配線51によって圧力センサー1(パッケージ4)の外部に引き出される。
The twin tuning fork type
As shown in FIG. 1, the
一方、バンプ72は、双音叉型圧電振動片6の基部612とダイヤフラム2の薄肉部21との間に介在して形成されており、基部612をダイヤフラム2に固定している。また、バンプ72は、基部612に形成された引き出し電極632と、ダイヤフラム2に形成された端子521とに接触するように設けられている。これにより、導電性のバンプ72を介して励振電極63と引き出し配線52とが電気的に接続される。すなわち、励振電極63が、バンプ72および引き出し配線52によって圧力センサー1(パッケージ4)の外部に引き出される。
On the other hand, the
このように、本実施形態では、互いに十分に離間した(絶縁された)一対のバンプ71、72のうちのバンプ71を励振電極62と引き出し配線51とを接続するのに用い、バンプ72を励振電極63と引き出し配線52とを接続するのに用いているため、引き出し配線51、52を確実に絶縁することができる。そのため、圧力センサー1の誤作動を防止することができる。
As described above, in this embodiment, the
バンプ71、72は、例えば、導電性を有する接着剤で構成されている。導電性を有する接着剤としては、特に限定されないが、例えば、金属フィラー(銀粉、銅粉等の金属微粒子)やカーボンファイバー等の導電性粒子を混合したエポキシ系、ポリイミド系等の接着剤を用いることができる。このような接着剤によってバンプ71、72を構成することにより、バンプ71、72の構成および形成が簡単となる。そのため、圧力センサー1の製造が容易となる。さらには、双音叉型圧電振動片6とダイヤフラムとを強固に固定することができる。
The
特に、本実施形態では、バンプ71、72を構成する導電性の接着剤に、例えば金属製または樹脂性の微粒子からなるギャップ剤(図示せず)を混合している。これにより、バンプ71、72は、ダイヤフラム2の薄肉部21と双音叉型圧電振動片6とを離間させるスペーサとして機能する。混合するギャップ剤の径(大きさ)としては、特に限定されず、あらかじめ設定されている薄肉部21と双音叉型圧電振動片6との離間距離に応じて選択すればよい。
In particular, in the present embodiment, a gap agent (not shown) made of, for example, metal or resin fine particles is mixed with the conductive adhesive forming the
このように、薄肉部21と双音叉型圧電振動片6とを離間配置することにより、後述するように(図4(b)に示すように)、圧力を受けて薄肉部21が撓んだ場合に、薄肉部21が双音叉型圧電振動片6に接触してしまうのを効果的に防止することができる。その結果、圧力センサー1の精度を向上させることができる。
以上、圧力センサー1の構成について説明した。
Thus, by arranging the
The configuration of the pressure sensor 1 has been described above.
このような圧力センサー1は、次のようにして圧力を検知する。すなわち、圧力センサー1は、図4(a)に示すような圧力が加わると、図4(b)に示すように、2つのバンプ71、72が拡開するようにダイヤフラム2の薄肉部21が撓む。薄肉部21の撓みによって、バンプ71、72に固定された双音叉型圧電振動片6にも曲げ方向の力が加えられると共に、バンプ71、72の拡開に伴う引っ張り(長手方向に向けた延び)の力が加えられる。双音叉型圧電振動片6は、振動部613(振動ビーム613aおよび613b)に引っ張りの応力が付与されると発振周波数が高くなる特性を有しているため、圧力センサー1に付与された圧力の大きさは、図示しない検知部によって、双音叉型圧電振動片6の発振周波数の変化量を検知し、検知された発振周波数の変化量に基づいて導き出すことができる。
Such a pressure sensor 1 detects a pressure as follows. That is, when the pressure sensor 1 is applied with a pressure as shown in FIG. 4A, the
次いで、圧力センサー1の製造方法について図5および図6に基づいて説明する。
まず、図5(a)に示すように、フォトリソグラフィ技法とウエットエッチング法を用いて、水晶の平板を所望の外形形状となるように処理し、ダイヤフラム2および基台3を得る。
特に、ダイヤフラム2は、Xカット水晶平板(水晶素板)、Yカット水晶平板またはZカット水晶平板を用いることにより、簡単に、前述したようなテーパ状をなす延在部222、224を形成することができる。具体的には、これらの水晶平板は、その結晶構造の異方性から、ウエットエッチングにより外形形状の形成を行うと、水晶平板の面方向と平行な一方向(図5では、矢印Yで示される方向)に直交する断面に、一定方向に傾斜を有するテーパ面が現れる性質を有している。このような水晶平板の性質を活かし、前記テーパ面を延在部222、224の側面として利用することにより、簡単に(エッチング後に更なる加工を行わずに)、ダイヤフラム2を所望の外形形状とすることができる。
また、上述した水晶平板以外のカット角で切り出された水晶平板でも、各種エッチング法により外形形状を形成したのち、例えばサンドブラスト加工を行うことによりテーパ状をなす延在部222、224を形成することができる。
Next, a manufacturing method of the pressure sensor 1 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 5A, a quartz flat plate is processed to have a desired outer shape by using a photolithography technique and a wet etching method, and the
In particular, the
In addition, a crystal flat plate cut out at a cut angle other than the crystal flat plate described above is formed by various etching methods, and then, for example, sand blasting is performed to form tapered extending
次いで、ダイヤフラム2の下面に、クロムで構成された金属層を形成したのち、この金属層上に金で構成された金属層を形成する。これら金属層の形成は、蒸着等により行うことができる。次いで、これら金属層を、フォトグラフィ技法とウエットエッチング法を用いて所定パターンとすることにより、図5(b)に示すように、引き出し配線51、52を形成する。
Next, after a metal layer made of chromium is formed on the lower surface of the
ここで、引き出し配線51、52が形成される延在部222、224の側面は、テーパ状をなし、薄肉部21の厚さ方向に対して傾いているため、蒸着によってダイヤフラム2の表面に前記金属層を形成する際に、薄肉部21の表面とともに、延在222、224の表面にも、十分な厚さの前記金属層を形成することができる。すなわち、ダイヤフラム2の姿勢を一定に保ったままで、ダイヤフラム2の表面の必要な箇所に、十分な厚さの前記金属層を形成することができるため、引き出し配線51、52の形成が容易となる。
Here, the side surfaces of the
次いで、図5(c)に示すように、ダイヤフラム2の下面であって、引き出し配線51、52の端子511、521上に、それぞれ、導電性の接着剤を塗布しバンプ71、72を形成する。
次いで、図6(a)に示すように、予め製造しておいた双音叉型圧電振動片6を、励振電極62の引き出し電極622がバンプ71と接触し、励振電極63の引き出し電極632がバンプ72と接触するように、バンプ71、72上に載置する。次いで、バンプ71、72(導電性の接着剤)を硬化することにより、バンプ71、72を介して双音叉型圧電振動片6をダイヤフラム2に固定する。なお、これと同時に、励振電極62、63が、バンプ71、72を介して、引き出し配線51、52と電気的に接続される。
次いで、図6(b)に示すように、図示しない接着剤を介して、ダイヤフラム2と基台3とを接合する。そして、必要に応じて、空間S内を真空状態とする。
以上の工程により、圧力センサー1が得られる。
Next, as shown in FIG. 5C, a conductive adhesive is applied on the lower surface of the
Next, as shown in FIG. 6A, the double tuning fork type
Next, as shown in FIG. 6 (b), the
The pressure sensor 1 is obtained by the above process.
このような構成の圧力センサー1では、引き出し配線51、52の形成や、バンプ71、72の形成が容易であり、簡単に励振電極62、63を圧力センサー1(パッケージ4)の外部に引き出すことができる。また、従来の用に、双音叉型圧電振動片6を支える梁が設けられていないため、双音叉型圧電振動片6の信頼性が向上する。すなわち、圧力センサー1によれば、製造方法の簡易化と信頼性を両立することができる。
In the pressure sensor 1 having such a configuration, the
<第2実施形態>
次に、本発明の圧力センサーの第2実施形態について説明する。
図7は、圧力センサーの第2実施形態を示す断面図である。
以下、第2実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第2実施形態にかかる圧力センサーは、導電性のバンプの構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、図7にて、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the pressure sensor of the present invention will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the pressure sensor.
Hereinafter, the pressure sensor according to the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The pressure sensor according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment described above except that the configuration of the conductive bumps is different. In FIG. 7, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals.
図7に示すように、本実施形態の圧力センサー1Aでは、導電性のバンプ71A、72Aとして半田ボールを用いている。これにより、バンプ71A、72Aの構成が簡単となる。
バンプ71Aは、球状をなしている。また、バンプ71Aは、球状の核711Aと、核711Aの表面にコーティングされた半田(導電性部)712Aとで構成されている。また、核711Aは、半田712Aの融点よりも高い融点を有している。核711Aの構成材料としては、半田712Aの融点より高い材料であれば、特に限定されず、例えば、金、銀、銅等の各種金属材料を用いることができる。このようなバンプ71Aと同様に、バンプ72Aも、球状の核721Aと、核721Aの表面にコーティングされた半田(導電性材料層)722Aとで構成されている。
As shown in FIG. 7, in the pressure sensor 1A of the present embodiment, solder balls are used as the
The
このようなバンプ71A、72Aを用いることにより、核711A、721Aにスペーサとしての機能を発揮させつつ、ダイヤフラム2と双音叉型圧電振動片6とを半田712A、722Aによって接合することができる。さらには、半田712Aを介して励振電極62と引き出し配線51とを電気的に接続することができ、半田722Aを介して励振電極63と引き出し配線52とを電気的に接続することができる。
By using
バンプ71A、72Aを用いてダイヤフラム2と双音叉型圧電振動片6とを接合する方法(工程)としては、特に限定されない。例えば、まず、ダイヤフラム2に形成された端子511、521上にバンプ71A、72Aを載置した後、半田712A、722Aの融点以上かつ核711A、721Aの融点以下に加熱し、半田712A、722Aを溶融させることにより、バンプ71A、72Aと端子511、521とを接合する。次いで、バンプ71A、72A上に双音叉圧電振動片6を載置し、再び前述と同じように加熱し、半田712A、722Aを溶融させることにより、バンプ71A、72Aと双音叉圧電振動片6とを接合する。これにより、バンプ71A、72Aを介してダイヤフラム2と双音叉型圧電振動片6とを接合することができる。
以上のような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
A method (process) for joining the
According to the second embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be exhibited.
以上、本発明の圧力センサーを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。 As mentioned above, although the pressure sensor of the present invention has been described based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to these, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. be able to. Moreover, other arbitrary structures and processes may be added. Moreover, you may combine each embodiment mentioned above suitably.
1、1A……圧力センサー 2……ダイヤフラム 21……薄肉部 22……枠部 221、223……第1の延在部 222、224……第2の延在部 3……基台 31……基部 32……枠部 4……パッケージ 51、52……引き出し配線 511、521……端子 6……双音叉型圧電振動片 61……圧電振動片本体 611、612……基部 613……振動部 62、63……励振電極 621、631……電極片 622、632……引き出し電極 613a、613b……振動ビーム 71、71A、72、72A……バンプ 711A、721A……核 712A、722A……半田 S……空間 J……軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A ...
Claims (10)
前記ダイヤフラムに設けられ、前記パッケージの内部から外部に引き出された一対の配線と、
前記パッケージ内に収容され、圧電振動片本体と該圧電振動片本体に形成された一対の電極とを有する圧電振動片と、
前記圧電振動片と前記ダイヤフラムとの間に介在し、前記圧電振動片と前記ダイヤフラムと接合する一対の導電性のバンプとを有し、
前記一対のバンプのうちの一方の前記バンプは、前記一対の電極のうちの一方の前記電極と前記一対の配線のうちの一方の前記配線とを電気的に接続し、他方の前記バンプは、他方の前記電極と他方の前記配線とを電気的に接続するよう設けられていることを特徴とする圧力センサー。 A package comprising a diaphragm having a thin-walled portion;
A pair of wires provided on the diaphragm and drawn from the inside of the package to the outside;
A piezoelectric vibrating piece housed in the package and having a piezoelectric vibrating piece body and a pair of electrodes formed on the piezoelectric vibrating piece body;
A pair of conductive bumps interposed between the piezoelectric vibrating piece and the diaphragm, and joined to the piezoelectric vibrating piece and the diaphragm;
One of the pair of bumps electrically connects one electrode of the pair of electrodes and one wiring of the pair of wires, and the other bump A pressure sensor provided to electrically connect the other electrode and the other wiring.
前記枠部は、所定方向に延在するとともに横断面形状がテーパ状をなす延在部を有し、
各前記配線は、前記延在部を跨ぐようにして形成されている請求項1ないし4のいずれかに記載の圧力センサー。 The diaphragm has a frame portion formed so as to surround the thin portion,
The frame portion has an extending portion that extends in a predetermined direction and has a tapered cross section.
The pressure sensor according to claim 1, wherein each of the wirings is formed so as to straddle the extending portion.
前記一対の配線のうちの一方の前記配線は、前記一対の延在部のうちの一方の前記延在部を跨ぐようにして形成されており、他方の前記配線は、他方の前記延在部を跨ぐようにして形成されている請求項4に記載の圧力センサー。 The diaphragm has a pair of extending portions facing each other through the thin-walled portion,
One of the pair of wirings is formed so as to straddle one of the extended portions of the pair of extending portions, and the other wiring is formed of the other extending portion. The pressure sensor according to claim 4, wherein the pressure sensor is formed so as to straddle.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010025961A JP2011163884A (en) | 2010-02-08 | 2010-02-08 | Pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010025961A JP2011163884A (en) | 2010-02-08 | 2010-02-08 | Pressure sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011163884A true JP2011163884A (en) | 2011-08-25 |
Family
ID=44594741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010025961A Pending JP2011163884A (en) | 2010-02-08 | 2010-02-08 | Pressure sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011163884A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013047643A1 (en) | 2011-09-27 | 2013-04-04 | 積水化成品工業株式会社 | Spacer particle for resin composition layer and use thereof |
-
2010
- 2010-02-08 JP JP2010025961A patent/JP2011163884A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013047643A1 (en) | 2011-09-27 | 2013-04-04 | 積水化成品工業株式会社 | Spacer particle for resin composition layer and use thereof |
US9975970B2 (en) | 2011-09-27 | 2018-05-22 | Sekisui Plastics Co., Ltd. | Spacer particle for resin composition layer and use thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5678741B2 (en) | Acceleration detector, acceleration detection device, and electronic apparatus | |
JP5824876B2 (en) | Manufacturing method of physical quantity detector | |
US20100213794A1 (en) | Piezoelectric Resonator Device and Method for Manufacturing the Same | |
JP2010193133A (en) | Bending vibrator piece and bending vibrator | |
JP5824967B2 (en) | Vibration element, vibrator, electronic device, and electronic apparatus | |
JP2011211672A5 (en) | ||
JPWO2007017980A1 (en) | Electronic component manufacturing method and electronic component | |
JP2009296115A (en) | Tuning fork type piezoelectric vibration piece, tuning fork type piezoelectric vibration device, and manufacturing method of tuning fork piezoelectric vibration piece | |
JP5825331B2 (en) | Tuning fork type piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibrator | |
JP2008252859A (en) | Piezoelectric device and method of manufacturing the same | |
JP2011163884A (en) | Pressure sensor | |
JPS6144408B2 (en) | ||
JP2007010377A (en) | Acceleration sensor | |
JP5672928B2 (en) | Electronic component device and manufacturing method thereof | |
JP2012010113A (en) | Surface mounting type piezoelectric device | |
JP5838694B2 (en) | Physical quantity detector, physical quantity detection device, and electronic apparatus | |
JP5299645B2 (en) | Bending vibrator element and method for manufacturing bending vibrator | |
JP2011182155A (en) | Piezoelectric device and method of manufacturing the same | |
JP2011154011A (en) | Pressure sensor | |
JP2011203139A (en) | Pressure sensor | |
JP5867631B2 (en) | Acceleration detector, acceleration detection device, and electronic apparatus | |
JP2011158342A (en) | Pressure sensor | |
JP4900489B2 (en) | Tuning fork type piezoelectric vibrator | |
JP5152542B2 (en) | Quartz wafer manufacturing method | |
JP2009141641A (en) | Piezoelectric device |