JP2013088283A - Physical quantity detector and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical quantity detector for reducing the occurrence of a drift of a pressure detection value due to high temperature processing of reflow or the like, and the manufacturing method thereof.SOLUTION: A support frame part 206 of a diaphragm layer 20 of a pressure sensor 1 and a stationary part are connected by using a first bonding material 40, and a pair of base parts 16b of a pressure sensitive layer 10 and a pair of support parts 210 are connected by using a second bonding material 50 having a melting point higher than a melting point of the first bonding material 40.

Description

本発明は、物理量検出器及びその製造方法に関し、特に、耐リフロー特性に優れた物理量検出器及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a physical quantity detector and a manufacturing method thereof, and more particularly to a physical quantity detector excellent in reflow resistance and a manufacturing method thereof.

従来、力検出素子として使用する圧電振動子と、圧力(気体や液体の圧力、等)を受圧し、或いは外力により押圧されて撓むダイアフラムとを備えたダイアフラム式の圧力センサー等の物理量検出器が存在する。例えば、特許文献1乃至4に開示されているダイアフラム式の圧力センサーは、ダイアフラム層と、ベース層(蓋部)と、中間層としての感圧素子層とから構成されている。感圧素子層の中央部には双音叉振動子等で構成される感圧素子が配置される。ダイアフラム層には感圧素子の感圧部(振動部)の両端に配置された一対の基部を固定するための一対の支持部が設けられており、当該一対の支持部により前記一対の基部が接着剤等の接合部材により固定されて支持されている。このダイアフラム式の圧力センサーは、被検出圧力を受圧したダイアフラム層が撓み変位すると、その変位がダイアフラム層を介して力に変換されて、物理量検出素子である感圧素子に伝わると、伝達された力により内部に生じた内部応力(引張り応力や圧縮応力)によって前記感圧素子の共振周波数が変化し、この共振周波数の変動を測定して前記被検出圧力を検出する。   Conventionally, a physical quantity detector such as a diaphragm type pressure sensor including a piezoelectric vibrator used as a force detection element and a diaphragm that receives pressure (pressure of gas or liquid, etc.) or bends when pressed by an external force. Exists. For example, the diaphragm-type pressure sensor disclosed in Patent Documents 1 to 4 includes a diaphragm layer, a base layer (lid portion), and a pressure-sensitive element layer as an intermediate layer. A pressure sensitive element composed of a double tuning fork vibrator or the like is disposed at the center of the pressure sensitive element layer. The diaphragm layer is provided with a pair of support portions for fixing a pair of base portions disposed at both ends of the pressure-sensitive portion (vibration portion) of the pressure-sensitive element, and the pair of support portions causes the pair of base portions to be fixed. It is fixed and supported by a joining member such as an adhesive. In this diaphragm type pressure sensor, when the diaphragm layer receiving the pressure to be detected is deflected and displaced, the displacement is converted into force through the diaphragm layer and transmitted to the pressure sensitive element which is a physical quantity detecting element. The resonance frequency of the pressure-sensitive element changes due to internal stress (tensile stress or compression stress) generated inside due to the force, and the detected pressure is detected by measuring the fluctuation of the resonance frequency.

圧力センサーを製造する場合、まずダイアフラム層と感圧素子層とを接合し、その後感圧素子層とベース層とを接合する。特許文献1には、接着剤を使用して接合する技術が示されている。   When manufacturing a pressure sensor, a diaphragm layer and a pressure sensitive element layer are first joined, and then a pressure sensitive element layer and a base layer are joined. Patent Document 1 discloses a technique for bonding using an adhesive.

ここで、接合に用いる接合材とダイアフラム層、感圧素子層、ベース層との熱膨張係数が異なる場合には、温度変化による熱歪みが生じ、当該熱歪みに起因して前記内部応力が変化する。この内部応力の変化により感圧素子の共振周波数が変動し、被測定圧力の検出精度が低下してしまうという問題が生じることとなる。   Here, when the bonding material used for bonding and the diaphragm layer, the pressure sensitive element layer, and the base layer have different thermal expansion coefficients, thermal distortion occurs due to temperature changes, and the internal stress changes due to the thermal distortion. To do. This change in internal stress fluctuates the resonance frequency of the pressure-sensitive element, resulting in a problem that the detection accuracy of the pressure to be measured is lowered.

このような熱歪みによる圧力検出の精度低下を防ぐために、特許文献2乃至4には、ダイアフラム層、ベース層、感圧素子層それぞれを水晶基板で形成した場合、接合材の熱膨張係数を水晶の熱膨張係数とほぼ等しくすることが提案されている。   In order to prevent such pressure degradation due to thermal strain, Patent Documents 2 to 4 describe the thermal expansion coefficient of the bonding material as a crystal when the diaphragm layer, the base layer, and the pressure-sensitive element layer are each formed of a quartz substrate. It has been proposed to make the coefficient of thermal expansion approximately equal.

ダイアフラム層、感圧素子層及びベース層の熱膨張係数と、接合材の熱膨張係数とをほぼ等しくしておけば、曝露される圧力センサーの環境雰囲気の温度が変化しそれに伴って各部材の膨張や収縮が生じたとしても、接合材も同じ割合(膨張率)で膨張や収縮をすることとなるので、熱歪に起因した内部応力は発生せず、結果として圧力検出精度の劣化は発生しないこととなる。   If the thermal expansion coefficients of the diaphragm layer, the pressure sensitive element layer, and the base layer are substantially equal to the thermal expansion coefficient of the bonding material, the temperature of the environmental atmosphere of the exposed pressure sensor changes, and accordingly, the temperature of each member is changed. Even if expansion or contraction occurs, the bonding material also expands and contracts at the same rate (expansion rate), so internal stress due to thermal strain does not occur, resulting in degradation of pressure detection accuracy. Will not.

特開2008−275445号公報JP 2008-275445 A 特開2010−117342号公報JP 2010-117342 A 特開2010−164500号公報JP 2010-164500 A 特開2010−164362号公報JP 2010-164362 A

しかしながら、接合材の熱膨張係数を圧力センサーの各部材の熱膨張係数とほぼ等しくした場合、以下のような問題が生じる。
圧力センサーの各部材を水晶としたとき、水晶は結晶材料なので熱膨張係数が約14(ppm/K)と、接合材に用いられる一般的なPbO(酸化鉛)系低融点ガラスに比べて大きい。PbO系低融点ガラスは、金属酸化物等のフィラーを混合することで、熱膨張係数を大きくし水晶の熱膨張係数に合わせることができるが、融点が低下する。このように熱膨張係数を水晶に合わせることで融点が低下した低融点ガラスを用いて圧力センサーの各部材を接合した後、当該圧力センサーをリフロー等の高温処理により回路基板等の実装基板に実装すると、前記感圧素子の前記一対の基部と前記ダイアフラム層とを接合している低融点ガラスが再溶融してしまう。この再溶融によって、前記感圧素子の前記一対の基部と前記ダイアフラムの前記一対の支持部との固定点にズレが生じ、当該ズレが生じた状態で前記低融点ガラスが再硬化してしまうこととなる。故に、環境雰囲気の温度が変化しそれに伴って各部材の膨張や収縮が生じたときに生じる熱歪の度合い(程度)が、前記再溶融する前の熱歪と比較して差が生じることとなり、この熱歪の差に起因して感圧素子に生じる内部応力に変化が生じてしまうので、検出すべき圧力値にドリフト等の変動が生じる原因となってしまうという問題があった。
However, when the thermal expansion coefficient of the bonding material is substantially equal to the thermal expansion coefficient of each member of the pressure sensor, the following problems occur.
When each member of the pressure sensor is made of quartz, since quartz is a crystal material, the coefficient of thermal expansion is about 14 (ppm / K), which is larger than general PbO (lead oxide) -based low melting point glass used for bonding materials. . PbO-based low-melting glass can be mixed with fillers such as metal oxides to increase the thermal expansion coefficient and match the thermal expansion coefficient of quartz, but the melting point decreases. After joining the members of the pressure sensor using low-melting glass whose melting point has been lowered by matching the thermal expansion coefficient with quartz in this way, the pressure sensor is mounted on a mounting board such as a circuit board by high-temperature processing such as reflow. Then, the low melting point glass joining the pair of base portions of the pressure sensitive element and the diaphragm layer is remelted. Due to this remelting, the fixing point between the pair of base portions of the pressure-sensitive element and the pair of support portions of the diaphragm is displaced, and the low-melting glass is re-cured in a state where the displacement is generated. It becomes. Therefore, the degree (degree) of thermal strain that occurs when the temperature of the environmental atmosphere changes and the expansion and contraction of each member is accompanied by a difference, compared to the thermal strain before remelting. The internal stress generated in the pressure sensitive element changes due to the difference in thermal strain, which causes a problem such as drift in the pressure value to be detected.

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、リフロー等の高温処理により圧力検出値のドリフトが生じるのを低減する物理量検出器及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、温度変化による感圧素子の熱歪に起因した内部応力の変動を防ぎ、高精度な圧力検出を実現可能な物理量検出器及びその製造方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a physical quantity detector that reduces the occurrence of pressure detection value drift due to high-temperature processing such as reflow, and a method for manufacturing the same. To do.
It is another object of the present invention to provide a physical quantity detector that can prevent fluctuations in internal stress due to thermal strain of a pressure-sensitive element due to a temperature change and can realize highly accurate pressure detection, and a method for manufacturing the same.

また、リフロー等の高温処理による接合材の再溶融と熱膨張係数との影響の度合いを考慮して、より精度の高い圧力検出を可能とする物理量検出器及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、各部材を接合材により良好に接合することができる物理量検出器の製造方法を提供することを目的とする。
It is another object of the present invention to provide a physical quantity detector capable of detecting pressure with higher accuracy and a method for manufacturing the same in consideration of the degree of influence of remelting of a bonding material and thermal expansion coefficient due to high-temperature treatment such as reflow. And
Moreover, it aims at providing the manufacturing method of the physical quantity detector which can join each member favorably with a joining material.

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]一対の基部と前記一対の基部の間に配置されている感圧部とを含む感圧素子と、前記一対の基部が第2接合材を介して接合されている一対の支持部を備えている可撓部と、前記可撓部の周縁を支持する支持枠部と、を含むダイアフラムと、前記支持枠部が第1接合材を介して固定されている固定部と、を備え、前記第2接合材の融点は、前記第1接合材の融点よりも高いことを特徴とする物理量検出器。
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 A pressure-sensitive element including a pair of base portions and a pressure-sensitive portion disposed between the pair of base portions, and a pair of supports in which the pair of base portions are bonded via a second bonding material A diaphragm including a flexible portion provided with a portion, a support frame portion that supports a periphery of the flexible portion, and a fixed portion in which the support frame portion is fixed via a first bonding material. And a physical quantity detector, wherein the melting point of the second bonding material is higher than the melting point of the first bonding material.

本発明によれば、ダイアフラムの支持枠部と固定部とは第1接合材を用いて接合され、ダイアフラムの一対の支持部と感圧素子の一対の基部とは第2接合材を用いて接合され、第2接合材の融点は第1接合材の融点よりも高いため、製造後の物理量検出器に対してリフロー等の高温処理を行う際に、第2接合材の再溶融を低減することができ、第2接合材の再溶融による感圧素子の熱歪に起因した内部応力の変動を低減し、検出値のドリフトが生じるのを低減することができる。   According to the present invention, the support frame portion and the fixed portion of the diaphragm are bonded using the first bonding material, and the pair of support portions of the diaphragm and the pair of base portions of the pressure sensitive element are bonded using the second bonding material. In addition, since the melting point of the second bonding material is higher than the melting point of the first bonding material, the remelting of the second bonding material should be reduced when performing high-temperature processing such as reflow on the physical quantity detector after manufacture. It is possible to reduce the fluctuation of the internal stress due to the thermal strain of the pressure sensitive element due to the remelting of the second bonding material, and to reduce the drift of the detection value.

[適用例2]前記第1接合材の熱膨張係数と、前記第1接合材により接合される部分の熱膨張係数とは、ほぼ等しいことを特徴とする適用例1に記載の物理量検出器。
第1接合材により接合される部分は、第1接合材の再溶融による圧力検出値のドリフトの影響よりも、第1接合材と該第1接合材により接合される部分との熱膨張係数のズレによる圧力検出値のドリフトの影響が大きいので、上記構成とすることで、温度変化による検出値のドリフトをより小さくすることができ、検出値の精度を向上させることができる。
Application Example 2 The physical quantity detector according to Application Example 1, wherein a thermal expansion coefficient of the first bonding material and a thermal expansion coefficient of a portion bonded by the first bonding material are substantially equal.
The portion bonded by the first bonding material has a coefficient of thermal expansion between the first bonding material and the portion bonded by the first bonding material, rather than the influence of the drift of the pressure detection value due to remelting of the first bonding material. Since the influence of the drift of the pressure detection value due to the deviation is large, the above configuration can further reduce the drift of the detection value due to the temperature change and improve the accuracy of the detection value.

[適用例3]前記第1接合材と該第1接合材により接合される部分との熱膨張係数の差の絶対値は、前記第2接合材と該第2接合材により接合される部分との熱膨張係数の差の絶対値よりも小さいことを特徴とする適用例1又は2に記載の物理量検出器。
本発明によれば、第1接合材の熱膨張係数を、第1接合材により接合される部分の熱膨張係数に、より近づけることができるため、温度変化による検出値のドリフトをより小さくすることができ、検出値の精度を向上させることができる。
Application Example 3 The absolute value of the difference in coefficient of thermal expansion between the first bonding material and the portion bonded by the first bonding material is determined by the second bonding material and the portion bonded by the second bonding material. 3. The physical quantity detector according to application example 1 or 2, wherein the physical quantity detector is smaller than an absolute value of a difference in thermal expansion coefficient between the two.
According to the present invention, since the thermal expansion coefficient of the first bonding material can be made closer to the thermal expansion coefficient of the portion bonded by the first bonding material, the detection value drift due to temperature change can be further reduced. And the accuracy of the detected value can be improved.

[適用例4]前記固定部の機能を備えているベースを含み、前記感圧素子を覆うように前記ベースと前記ダイアフラムが積層されていることを特徴とする適用例1乃至3のうちいずれか1例に記載の物理量検出器。
本発明によれば、前記物理量検出器が前記固定部の機能を備えているベースを含み、前記感圧素子を覆うように前記ベースと前記ダイアフラムが積層されている3層構造の場合にも、感圧素子の熱歪に起因した内部応力の変動を低減して、検出値のドリフトが生じるのを低減し、検出値の精度を向上させることができる。
Application Example 4 Any one of Application Examples 1 to 3 including a base having the function of the fixing portion, wherein the base and the diaphragm are laminated so as to cover the pressure sensitive element. The physical quantity detector described in one example.
According to the present invention, the physical quantity detector includes a base having the function of the fixed portion, and also in the case of a three-layer structure in which the base and the diaphragm are laminated so as to cover the pressure sensitive element. It is possible to reduce the fluctuation of the internal stress due to the thermal strain of the pressure sensitive element, to reduce the drift of the detected value, and to improve the accuracy of the detected value.

[適用例5]前記感圧素子を囲む枠部と、当該枠部と前記感圧素子とを連結する接続部と、を含み、前記枠部が前記固定部の機能を備えていることを特徴とする適用例1乃至3のうちいずれか1例に記載の物理量検出器。
本発明によれば、前記物理量検出器が前記感圧素子を囲む枠部と、当該枠部と前記感圧素子とを連結する接続部と、を含み、前記枠部が前記固定部の機能を備えている場合にも、感圧素子の熱歪に起因した内部応力の変動を低減して、検出値のドリフトが生じるのを低減し、検出値の精度を向上させることができる。
Application Example 5 includes a frame portion that surrounds the pressure-sensitive element, and a connection portion that connects the frame portion and the pressure-sensitive element, and the frame portion has a function of the fixing portion. The physical quantity detector according to any one of Application Examples 1 to 3.
According to the present invention, the physical quantity detector includes a frame portion that surrounds the pressure-sensitive element, and a connection portion that connects the frame portion and the pressure-sensitive element, and the frame portion functions as the fixing portion. Even in the case where it is provided, it is possible to reduce the fluctuation of the internal stress due to the thermal strain of the pressure-sensitive element, to reduce the drift of the detection value, and to improve the accuracy of the detection value.

[適用例6]前記感圧素子を覆うように前記ダイアフラムと前記枠部とベースとが積層され、前記枠部は、当該枠部に対向する前記ベースの接合部に前記第1接合材を用いて接合されていることを特徴とする適用例5に記載の物理量検出器。
本発明によれば、前記感圧素子を覆うように前記ダイアフラムと前記枠部とベースとが積層されている3層構造の場合にも、感圧素子の熱歪に起因した内部応力の変動を低減して、検出値のドリフトが生じるのを低減し、検出値の精度を向上させることができる。
Application Example 6 The diaphragm, the frame portion, and the base are laminated so as to cover the pressure-sensitive element, and the frame portion uses the first bonding material for the joint portion of the base that faces the frame portion. The physical quantity detector according to Application Example 5, wherein the physical quantity detector is bonded to each other.
According to the present invention, even in the case of a three-layer structure in which the diaphragm, the frame portion, and the base are laminated so as to cover the pressure sensitive element, the fluctuation of internal stress due to thermal strain of the pressure sensitive element is reduced. This can reduce the occurrence of drift of the detected value and improve the accuracy of the detected value.

[適用例7]前記第1接合材により接合される部分は水晶であり、前記第1接合材の熱膨張係数は前記第2接合材の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする適用例1乃至6のうちいずれか1例に記載の物理量検出器。
水晶の熱膨張係数は比較的大きいため、第1接合材の熱膨張係数を第2接合材よりも大きくすることで第1接合材と該第1接合材で接合される部分との熱膨張係数の差を小さくすることができ、また、第2接合材の融点を第1接合材の融点よりも高くすることで、基板への実装時に加熱を行う際に第2接合材の再溶融を低減することができるため、全体として検出値のドリフトを抑え、検出値の精度を向上させることができる。
[Application Example 7] The application example 1 is characterized in that the portion bonded by the first bonding material is quartz, and the thermal expansion coefficient of the first bonding material is larger than the thermal expansion coefficient of the second bonding material. The physical quantity detector as described in any one of thru | or 6.
Since the thermal expansion coefficient of quartz is relatively large, the thermal expansion coefficient between the first bonding material and the portion bonded by the first bonding material is set by making the thermal expansion coefficient of the first bonding material larger than that of the second bonding material. The difference between the second bonding material can be reduced and the melting point of the second bonding material is made higher than the melting point of the first bonding material, thereby reducing the remelting of the second bonding material when heating is performed during mounting on the substrate. Therefore, the detection value drift can be suppressed as a whole, and the accuracy of the detection value can be improved.

[適用例8]前記第2接合材はガラス材であることを特徴とする適用例1乃至7のうちいずれか1例に記載の物理量検出器。
本発明によれば、第2接合材としてガラス材を用いることで、第2接合材の融点を、基板への実装時に加熱を行う際の温度よりも高くすることができる。
Application Example 8 The physical quantity detector according to any one of Application Examples 1 to 7, wherein the second bonding material is a glass material.
According to the present invention, by using a glass material as the second bonding material, the melting point of the second bonding material can be made higher than the temperature at the time of heating when mounted on the substrate.

[適用例9]前記ガラス材は、金属微粒子を含有していることを特徴とする適用例8に記載の物理量検出器。
本発明によれば、ガラス材に含有させる金属微粒子の量を調整することで、融点と熱膨張係数とを調整することができる。
Application Example 9 The physical quantity detector according to Application Example 8, wherein the glass material contains fine metal particles.
According to the present invention, the melting point and the coefficient of thermal expansion can be adjusted by adjusting the amount of metal fine particles contained in the glass material.

[適用例10]適用例1乃至9のうちいずれか1例に記載の物理量検出器の製造方法であって、前記第2接合材の融点は、前記物理量検出器が基板へ実装されるときの加熱温度よりも高いことを特徴とする物理量検出器の製造方法。
本発明によれば、物理量検出器の基板への実装時に加熱を行う際に、第2接合材の再溶融を防止することができ、第2接合材の再溶融による感圧素子の熱歪に起因した内部応力の変動を抑圧し、検出値のドリフトを防止し、高精度な物理量の検出が実現可能となる。
[Application Example 10] In the method of manufacturing a physical quantity detector according to any one of Application Examples 1 to 9, the melting point of the second bonding material is determined when the physical quantity detector is mounted on a substrate. The manufacturing method of the physical quantity detector characterized by being higher than heating temperature.
According to the present invention, it is possible to prevent remelting of the second bonding material when heating is performed when the physical quantity detector is mounted on the substrate, and it is possible to prevent thermal distortion of the pressure sensitive element due to remelting of the second bonding material. It is possible to suppress the fluctuation of the internal stress caused and prevent the detection value from drifting and to detect the physical quantity with high accuracy.

[適用例11]一対の基部と前記一対の基部の間に配置されている感圧部とを含む感圧素子と、前記一対の基部が第2接合材を介して接合されている一対の支持部を備えている可撓部と、前記可撓部の周縁を支持する支持枠部と、を含むダイアフラムと、前記支持枠部が前記第2接合材の融点よりも低い融点を有する第1接合材を介して固定されている固定部とを備えた物理量検出器の製造方法であって、前記ダイアフラムの前記一対の支持部に前記第2接合材を塗布する工程と、前記一対の支持部に塗布された前記第2接合材を仮焼成する工程と、前記ダイアフラムにおける前記支持部が設けられた主面側の前記支持枠部に、前記第1接合材を前記第2接合材の厚みよりも厚く塗布する工程と、前記支持枠部に塗布された前記第1接合材を仮焼成する工程と、前記第1接合材を前記第1接合材の融点以上かつ前記第2接合材の融点未満に加熱して、前記第1接合材を用いて前記ダイアフラムの前記支持枠部と前記固定部とを接合する第1接合工程と、前記第2接合材と前記感圧素子の前記一対の基部とを接触させた状態で、前記第2接合材の融点以上に加熱して、前記第2接合材を用いて前記ダイアフラムの前記一対の支持部と前記感圧素子の前記一対の基部とを接合する第2接合工程とを備えたことを特徴とする物理量検出器の製造方法。
本発明によれば、第1接合材の融点よりも第2接合材の融点の方が高いため、物理量検出器の製造後に行われるリフロー等の高温処理において、第2接合材の再溶融を防ぐことができ、感圧素子の熱歪に起因した内部応力の変動を抑圧することができる。
また、第1接合材を塗布する厚さを第2接合材よりも厚くすることにより、まず低融点の第1接合材が接合部位に接触した状態で溶融して接合し、次に高融点の第2接合材が溶融して接合するため、低融点の第1接合材が接合部位に接触しない状態で融点以上の温度に長時間晒されて、結晶化してしまい接合できなくなるという問題点を回避することができる。
[Application Example 11] A pressure-sensitive element including a pair of base portions and a pressure-sensitive portion disposed between the pair of base portions, and a pair of supports in which the pair of base portions are bonded via a second bonding material. A diaphragm including a flexible portion provided with a portion, a support frame portion that supports a periphery of the flexible portion, and a first joint in which the support frame portion has a melting point lower than a melting point of the second bonding material. A method of manufacturing a physical quantity detector including a fixed portion fixed via a material, the step of applying the second bonding material to the pair of support portions of the diaphragm, and the pair of support portions. The step of pre-baking the applied second bonding material, and the support frame portion on the main surface side of the diaphragm where the support portion is provided, the first bonding material is made thicker than the thickness of the second bonding material. A step of thickly applying the first bonding material applied to the support frame portion; Firing, heating the first bonding material to a temperature equal to or higher than the melting point of the first bonding material and lower than the melting point of the second bonding material, and using the first bonding material, the support frame portion of the diaphragm and the In a state where the first bonding step for bonding the fixing portion and the second bonding material and the pair of base portions of the pressure-sensitive element are in contact with each other, the heating is performed to a temperature equal to or higher than the melting point of the second bonding material. A method of manufacturing a physical quantity detector, comprising: a second joining step for joining the pair of support portions of the diaphragm and the pair of base portions of the pressure sensitive element using two joining materials.
According to the present invention, since the melting point of the second bonding material is higher than the melting point of the first bonding material, remelting of the second bonding material is prevented in high-temperature processing such as reflow performed after manufacturing the physical quantity detector. It is possible to suppress the fluctuation of internal stress due to the thermal strain of the pressure sensitive element.
Further, by making the thickness of applying the first bonding material thicker than that of the second bonding material, the first bonding material having a low melting point is first melted and bonded in a state of being in contact with the bonding portion, and then the high melting point is bonded. Since the second bonding material is melted and bonded, the low melting point first bonding material is exposed to a temperature above the melting point for a long time without being in contact with the bonding portion, and avoids the problem that it cannot be bonded due to crystallization. can do.

[適用例12]前記第1接合工程において、前記ダイアフラムの前記支持枠部に塗布されて仮焼成された前記第1接合材と、前記感圧部を囲み前記固定部の機能を有する枠部と、を接触させ、前記第1接合材の融点以上かつ前記第2接合材の融点未満に加熱することにより、前記第1接合材を用いて、前記支持枠部と前記枠部とを接合することを特徴とする適用例11に記載の物理量検出器の製造方法。
本発明によれば、第1接合材と第2接合材とを塗布する厚さを変えることにより、まず低融点の第1接合材が枠部に接触した状態で溶融して接合し、次に高融点の第2接合材が感圧素子の一対の基部に接触し溶融して接合するため、低融点の第1接合材が枠部に接触しない状態で融点以上の温度に長時間晒されて、結晶化してしまい接合できなくなるという問題点を回避することができる。
Application Example 12 In the first bonding step, the first bonding material applied to the support frame portion of the diaphragm and temporarily fired, and a frame portion that surrounds the pressure-sensitive portion and functions as the fixing portion. , And the support frame portion and the frame portion are bonded using the first bonding material by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the first bonding material and lower than the melting point of the second bonding material. The manufacturing method of the physical quantity detector of the application example 11 characterized by these.
According to the present invention, by changing the thickness for applying the first bonding material and the second bonding material, the first bonding material having a low melting point is first melted and bonded in contact with the frame portion, and then joined. Since the high melting point second bonding material contacts and melts and joins the pair of base parts of the pressure sensitive element, the low melting point first bonding material is exposed to a temperature above the melting point for a long time without contacting the frame portion. The problem of crystallization and inability to join can be avoided.

本発明の第1実施形態に係る圧力センサーの展開斜視図である。It is an expansion perspective view of the pressure sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 同実施形態に係る圧力センサーの動作を説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the operation of the pressure sensor according to the embodiment. 低融点ガラスに含まれるフィラーの量に応じた、融点と熱膨張係数との関係を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows the relationship between melting | fusing point and a thermal expansion coefficient according to the quantity of the filler contained in low melting glass. ダイアフラム層に第1接合材及び第2接合材を仮焼成する手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure which carries out temporary baking of the 1st joining material and the 2nd joining material to a diaphragm layer. 仮焼成した第1接合材及び第2接合材を溶融させてダイアフラム層と感圧素子層とを接合する手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure which fuses the 1st bonding material and the 2nd bonding material which were calcinated, and joins a diaphragm layer and a pressure sensitive element layer. 第2実施形態に係る圧力センサーの側断面図である。It is a sectional side view of the pressure sensor concerning a 2nd embodiment. 図6に示す圧力センサーのA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the pressure sensor shown in FIG. 第3実施形態に係る圧力センサーの側断面図である。It is a sectional side view of the pressure sensor concerning a 3rd embodiment. 変形例に係る圧力センサーの展開斜視図である。It is an expansion | deployment perspective view of the pressure sensor which concerns on a modification. 感圧部としてATカット振動子を用いた場合の他の変形例に係る圧力センサーを示す図であり、(a)は同圧力センサーの分解斜視図であり、(b)は同圧力センサーの模式断面図であり、(c)は同圧力センサーが備える感圧素子層の平面図である。It is a figure which shows the pressure sensor which concerns on the other modification at the time of using an AT cut vibrator | oscillator as a pressure sensitive part, (a) is a disassembled perspective view of the pressure sensor, (b) is a model of the pressure sensor It is sectional drawing, (c) is a top view of the pressure sensitive element layer with which the same pressure sensor is provided.

以下、本発明に係る物理量検出器を圧力センサーに適用した場合の実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
図1は第1実施形態に係る圧力センサーの展開斜視図であり、図2は圧力センサーの動作を説明する模式断面図である。なお、図1では接合材の図示を省略している。
Hereinafter, an embodiment in which a physical quantity detector according to the present invention is applied to a pressure sensor will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a developed perspective view of the pressure sensor according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the pressure sensor. In FIG. 1, illustration of the bonding material is omitted.

図1に示すように、圧力センサー1は、感圧素子層10と、感圧素子層10の一方の主面側及び他方の主面側それぞれを気密封止するように覆うダイアフラム層(「ダイアフラム」に対応)20とベース層(「ベース」に対応)30とを備えている。上記各層10、20、30は水晶基板を基材としている。   As shown in FIG. 1, the pressure sensor 1 includes a pressure-sensitive element layer 10 and a diaphragm layer (“diaphragm”) that covers one main surface side and the other main surface side of the pressure-sensitive element layer 10 so as to be hermetically sealed. ”) And a base layer (corresponding to“ base ”) 30. Each of the layers 10, 20, and 30 has a quartz substrate as a base material.

感圧素子層10は、中央部に感圧素子としての双音叉素子106と、その周囲を囲む枠型の枠部108とを有している。本実施形態では、枠部108が「固定部」に対応する。双音叉素子106は、感圧部としての一対の平行な柱状ビーム16aと、両柱状ビーム16aの両端に接続される一対の基部16bとを有している。双音叉素子106は、柱状ビーム16aに引張り応力又は圧縮応力が印加されると、その共振周波数が変化する周波数変化型の感圧素子であり、所謂、双音叉型の圧電振動子である。   The pressure-sensitive element layer 10 has a double tuning fork element 106 as a pressure-sensitive element and a frame-shaped frame part 108 surrounding the periphery thereof at the center. In the present embodiment, the frame portion 108 corresponds to a “fixed portion”. The double tuning fork element 106 has a pair of parallel columnar beams 16a as pressure-sensitive portions, and a pair of base portions 16b connected to both ends of both columnar beams 16a. The double tuning fork element 106 is a so-called double tuning fork type piezoelectric vibrator that changes its resonance frequency when a tensile stress or a compressive stress is applied to the columnar beam 16a.

枠部108は、各基部16bから柱状ビーム16aと直交する方向に延びる一対の梁状の接続部110を介して双音叉素子106と連結されている。
双音叉素子106には図示せぬ励振電極と当該励振電極から延在された引出電極(リード電極)が設けられており、前記引出電極は、接続部110を介して枠部108に引き出されている。
The frame portion 108 is connected to the double tuning fork element 106 via a pair of beam-like connecting portions 110 extending from each base portion 16b in a direction orthogonal to the columnar beam 16a.
The double tuning fork element 106 is provided with an excitation electrode (not shown) and an extraction electrode (lead electrode) extending from the excitation electrode, and the extraction electrode is extracted to the frame portion 108 via the connection portion 110. Yes.

ダイアフラム層20は、一方の主面側に被測定圧力を受圧する受圧面204を有している。受圧面204は可撓性を有する可撓部であり、外部からの被測定圧力を受圧すると撓み変形する。受圧面204の周縁には枠型の支持枠部206が形成されており、当該支持枠部206は前記感圧素子層10の前記枠部108と対向するように配置されている。   The diaphragm layer 20 has a pressure receiving surface 204 that receives a pressure to be measured on one main surface side. The pressure receiving surface 204 is a flexible portion having flexibility, and deforms when receiving pressure from outside to be measured. A frame-shaped support frame portion 206 is formed on the periphery of the pressure receiving surface 204, and the support frame portion 206 is disposed so as to face the frame portion 108 of the pressure-sensitive element layer 10.

ダイアフラム層20の他方の主面側であって受圧面204の裏側となる密閉側の主面には、双音叉素子106の一対の基部16bを固定し、受圧面204の撓み変形により受圧面204で受圧した被測定圧力を力に変換して双音叉素子106に伝達するための一対の支持部210が設けられている。   A pair of base portions 16b of the double tuning fork element 106 is fixed to the other main surface side of the diaphragm layer 20 and the back surface of the pressure receiving surface 204, and the pressure receiving surface 204 is deformed by the deformation of the pressure receiving surface 204. A pair of support portions 210 are provided for converting the pressure to be measured received in step 1 into force and transmitting it to the double tuning fork element 106.

ダイアフラム層20の各支持部210と双音叉素子106の各基部16bとは、第2接合材50を介して接合される。
また、ダイアフラム層20の他方の主面側の支持枠部206と、感圧素子層10の一方の主面側の枠部108とは、第1接合材40を介して接合される。
Each support part 210 of the diaphragm layer 20 and each base part 16 b of the double tuning fork element 106 are joined via a second joining material 50.
Further, the support frame portion 206 on the other main surface side of the diaphragm layer 20 and the frame portion 108 on the one main surface side of the pressure-sensitive element layer 10 are bonded via the first bonding material 40.

本実施形態において、第1接合材40と第2接合材50には、金属微粒子を含有する低融点ガラスを用いている。更に、第1接合材40と第2接合材50とでは、金属微粒子の含有量を異ならせている。本実施形態では、接合材に含有させる金属微粒子としてPbO(酸化鉛)を用いている。なお、含有させる金属微粒子はPbOに限らず、例えば、チタン、ビスマス、酸化銀等であってもよい。また、第1接合材40及び第2接合材50それぞれを接合部に塗布する際には、有機溶媒で溶いてペースト材にされたものが用いられる。   In the present embodiment, low melting point glass containing metal fine particles is used for the first bonding material 40 and the second bonding material 50. Furthermore, the first bonding material 40 and the second bonding material 50 have different metal fine particle contents. In the present embodiment, PbO (lead oxide) is used as the metal fine particles contained in the bonding material. The metal fine particles to be contained are not limited to PbO but may be titanium, bismuth, silver oxide, or the like. In addition, when each of the first bonding material 40 and the second bonding material 50 is applied to the bonding portion, a material that is dissolved in an organic solvent into a paste material is used.

図3は、低融点ガラスに含まれるフィラー(金属微粒子)の量に応じた、融点(℃)と熱膨張係数(ppm/K)との関係を示すグラフの一例である。図3に示すように、例えば、低融点ガラスに対するフィラーの含有量が少なく融点が330℃の場合には熱膨張係数は10ppm/Kより若干大きい程度である。一方、低融点ガラスに対するフィラーの含有量を多くして融点を252℃とすると熱膨張係数は13ppm/Kとなる。このように、低融点ガラスに対するフィラーの含有量を多くするほど、融点が低くなるとともに熱膨張係数が大きくなる。このような関係を利用して、低融点ガラスにフィラーを含有させる量を調整することにより低融点ガラスの融点及び熱膨張係数を調整することが可能となる。   FIG. 3 is an example of a graph showing the relationship between the melting point (° C.) and the thermal expansion coefficient (ppm / K) according to the amount of filler (metal fine particles) contained in the low-melting glass. As shown in FIG. 3, for example, when the content of the filler relative to the low-melting glass is small and the melting point is 330 ° C., the thermal expansion coefficient is slightly larger than 10 ppm / K. On the other hand, when the content of the filler with respect to the low-melting glass is increased and the melting point is 252 ° C., the thermal expansion coefficient is 13 ppm / K. Thus, the higher the filler content relative to the low-melting glass, the lower the melting point and the higher the thermal expansion coefficient. By utilizing such a relationship, it is possible to adjust the melting point and the coefficient of thermal expansion of the low-melting glass by adjusting the amount of filler contained in the low-melting glass.

本実施形態では、第2接合材50の融点を320℃、熱膨張係数を11ppm/Kとしている。圧力センサー1を回路基板等の実装基板に実装する際のリフローの温度は270℃程度であるため、第2接合材50の融点を320℃とすることにより、リフローにより第2接合材50は再溶融することがない。   In the present embodiment, the melting point of the second bonding material 50 is 320 ° C., and the thermal expansion coefficient is 11 ppm / K. Since the reflow temperature when the pressure sensor 1 is mounted on a mounting substrate such as a circuit board is about 270 ° C., the second bonding material 50 is re-reflowed by reflow by setting the melting point of the second bonding material 50 to 320 ° C. Does not melt.

双音叉素子106は熱歪に起因した内部応力の変化の影響を受け易く、圧力検出値のドリフトが発生し易いため、双音叉素子106をダイアフラム層20と接合する第2接合材50の再溶融を防止することで、検出圧力値のドリフトを防止し、高精度な圧力検出が実現可能となる。   The double tuning fork element 106 is easily affected by changes in internal stress due to thermal strain, and the pressure detection value drift is likely to occur. Therefore, the second bonding material 50 that joins the double tuning fork element 106 to the diaphragm layer 20 is remelted. By preventing this, drift of the detected pressure value can be prevented, and highly accurate pressure detection can be realized.

つまり、加熱温度を270℃としてリフローにより本発明に係る圧力センサーを回路基板に実装したとき、前記感圧素子の前記一対の基部と前記ダイアフラム層とを接合している低融点ガラスは融点温度が320℃であるため溶融することはない。
故に、前記感圧素子の前記一対の基部と前記ダイアフラム層の前記一対の支持部との固定点が、低融点ガラスの溶融によりズレが発生することを防止することができる。
That is, when the pressure sensor according to the present invention is mounted on a circuit board by reflowing at a heating temperature of 270 ° C., the low melting point glass joining the pair of base portions of the pressure sensitive element and the diaphragm layer has a melting point temperature. Since it is 320 ° C., it does not melt.
Therefore, the fixing point between the pair of base portions of the pressure-sensitive element and the pair of support portions of the diaphragm layer can be prevented from being displaced due to melting of the low melting point glass.

従って、本発明に係る圧力センサーは、環境雰囲気の温度が変化しそれに伴って各部材の膨張や収縮が生じたときに生じる熱歪の度合い(程度)が、圧力センサーの製造時とリフロー後とで差が生じることがないので、従来技術の如き構造を有する圧力センサーにおいて課題となっていた、前記リフローに起因して感圧素子に生じる内部応力の変化によって、検出すべき圧力値にドリフト等の変動が生じるという問題を防止することができるという優れた効果を発揮する。   Therefore, in the pressure sensor according to the present invention, the degree (degree) of thermal strain that occurs when the temperature of the environmental atmosphere changes and the expansion and contraction of each member is accompanied by the change in the temperature (after the reflow). Therefore, the pressure value to be detected drifts due to the change in internal stress generated in the pressure-sensitive element due to the reflow. It exhibits an excellent effect of preventing the problem of fluctuations.

なお、上述した第2接合材50の融点及び熱膨張係数の値は一例に過ぎない。低融点ガラスに金属微粒子を含有させる量を調整して、第2接合材50の融点をリフロー温度以下とならない範囲で下げつつ、熱膨張係数を大きくして第2接合材50の熱膨張係数を水晶の熱膨張係数により近づけるようにすれば、圧力検出値のドリフトをより小さくすることができる。   In addition, the value of the melting | fusing point and thermal expansion coefficient of the 2nd joining material 50 mentioned above is only an example. By adjusting the amount of the metal fine particles contained in the low melting point glass and lowering the melting point of the second bonding material 50 within a range not lower than the reflow temperature, the thermal expansion coefficient is increased to increase the thermal expansion coefficient of the second bonding material 50. If the thermal expansion coefficient of the quartz is made closer, the drift of the pressure detection value can be further reduced.

一方、本実施形態では、第1接合材40の融点を260℃とし、熱膨張係数を13ppm/Kとしている。第1接合材40は、第2接合材50よりも混合する金属微粒子の量を多くしているため、第2接合材50よりも融点が低くかつ熱膨張係数が大きくなっている。   On the other hand, in the present embodiment, the melting point of the first bonding material 40 is 260 ° C., and the thermal expansion coefficient is 13 ppm / K. Since the first bonding material 40 has a larger amount of metal fine particles to be mixed than the second bonding material 50, the first bonding material 40 has a lower melting point and a higher thermal expansion coefficient than the second bonding material 50.

水晶の熱膨張係数は、音叉型の圧電振動子において一般的に用いられる、X軸(電気軸)とY軸(機械軸)とを含む平面と主面とが平行な基板であるZカット基板(主面に対してZ軸(光学軸)が直交する基板)、若しくは、音叉型の圧電振動子の周波数温度特性を示す、上に凸の二次曲線のピーク温度(頂点温度)が使用温度範囲の中間にくるように、水晶のX軸を回転軸として前記Zカット基板を数度回転したカット角により切り出された水晶基板において、室温から120℃までの温度範囲では、約14ppm/Kである。本願発明者が実施した実験の結果から得られた知見によれば、熱膨張係数は±1ppm/K以内の範囲で一致させておけば有効であることが確認されている。また、より高い検出精度が必要な場合には、±0.1ppm/K以内の範囲で一致させると好適であることも判明した。   The thermal expansion coefficient of quartz is a Z-cut substrate that is a substrate in which the plane including the X axis (electric axis) and the Y axis (mechanical axis) and the principal surface are generally used in a tuning fork type piezoelectric vibrator. (Substrate whose Z axis (optical axis) is orthogonal to the main surface) or the frequency temperature characteristics of a tuning-fork type piezoelectric vibrator, the peak temperature (vertical temperature) of a convex quadratic curve is the operating temperature In the quartz substrate cut out by the cut angle obtained by rotating the Z-cut substrate several times around the X axis of the quartz crystal so that it is in the middle of the range, in the temperature range from room temperature to 120 ° C., it is about 14 ppm / K. is there. According to the knowledge obtained from the results of experiments conducted by the inventor of the present application, it is confirmed that it is effective if the thermal expansion coefficients are matched within a range of ± 1 ppm / K. It was also found that when higher detection accuracy is required, it is preferable to match within a range of ± 0.1 ppm / K.

第1接合材40で接合されている感圧素子層10の一方の主面側の枠部108の面積(ダイアフラム層20の他方の主面側の支持枠部206の面積)は、第2接合材50で接合されている感圧素子層10の基部16bの面積(ダイアフラム層20の支持部210の面積)よりも大きいため、圧力検出精度の低下は、リフローによる再溶融の影響よりも第1接合材40と当該第1接合材40により接合されている部分との熱膨張係数のズレに対する影響の方が大きい。そこで、第1接合材40については、融点がリフロー温度より低くなりリフロー等の高温処理時に再溶融する可能性があったとしても、熱膨張係数を水晶に合わせることを優先する。これにより、温度変化による圧力検出値のドリフトを小さくすることができ、圧力検出値の精度を向上させることができる。   The area of the frame portion 108 on one main surface side of the pressure-sensitive element layer 10 bonded by the first bonding material 40 (the area of the support frame portion 206 on the other main surface side of the diaphragm layer 20) is the second bonding. Since the area of the base portion 16b of the pressure-sensitive element layer 10 joined by the material 50 is larger than the area of the support portion 210 of the diaphragm layer 20, the decrease in pressure detection accuracy is first caused by the effect of remelting due to reflow. The influence on the deviation of the thermal expansion coefficient between the bonding material 40 and the portion bonded by the first bonding material 40 is greater. Therefore, for the first bonding material 40, even if the melting point is lower than the reflow temperature and there is a possibility of remelting during high temperature processing such as reflow, priority is given to matching the thermal expansion coefficient to the crystal. Thereby, the drift of the pressure detection value by a temperature change can be made small, and the precision of a pressure detection value can be improved.

以上のように、感圧素子層10及びダイアフラム層20が水晶基板を基材としている場合、接合材の再溶融に起因した圧力検出値のドリフトの影響が大きい支持部210と基部16bとの接合については、熱膨張係数は小さいが融点の高い第2接合材50を使用し、熱膨張係数のズレによる影響が大きい感圧素子層10の枠部108とダイアフラム層20の支持枠部206との接合については、熱膨張係数が大きく融点の低い第1接合材40を使用することで、全体として圧力検出値の精度を向上させることができる。   As described above, when the pressure-sensitive element layer 10 and the diaphragm layer 20 are based on a quartz substrate, the bonding between the support portion 210 and the base portion 16b is greatly affected by the drift of the pressure detection value caused by the remelting of the bonding material. The second bonding material 50 having a small coefficient of thermal expansion but a high melting point is used, and the frame part 108 of the pressure-sensitive element layer 10 and the support frame part 206 of the diaphragm layer 20 are greatly affected by the deviation of the coefficient of thermal expansion. For bonding, the accuracy of the pressure detection value can be improved as a whole by using the first bonding material 40 having a large thermal expansion coefficient and a low melting point.

このように、融点と熱膨張係数とが異なる2種類の接合材を使い分けることで、温度変化による圧力検出精度の低下を防止しつつ、リフローなどの高温処理により圧力検出値のドリフトが生じない圧力センサー1を提供することができる。   In this way, by using two types of bonding materials with different melting points and thermal expansion coefficients, pressure that does not cause pressure detection value drift due to high-temperature processing such as reflow, while preventing pressure detection accuracy from deteriorating due to temperature changes. A sensor 1 can be provided.

なお、感圧素子層10及びダイアフラム層20の基材を水晶基板以外とした場合には、熱膨張係数については、第1接合材40と第1接合材40により接合されている部分(支持枠部206、枠部108)との熱膨張係数の差の絶対値を、第2接合材50と第2接合材50により接合されている部分(支持部210、基部16b)との熱膨張係数の差の絶対値よりも小さくすることで、上記と同様の効果が得られる。   When the base material of the pressure-sensitive element layer 10 and the diaphragm layer 20 is other than the quartz substrate, the thermal expansion coefficient is the portion joined by the first bonding material 40 and the first bonding material 40 (support frame). The absolute value of the difference between the thermal expansion coefficients of the portion 206 and the frame portion 108) is the thermal expansion coefficient between the second bonding material 50 and the portion (the support portion 210 and the base portion 16b) bonded by the second bonding material 50. By making it smaller than the absolute value of the difference, the same effect as described above can be obtained.

ベース層30は、双音叉素子106を収容する内部空間Sを密封するための部材である。ベース層30は、感圧素子層10の他方の主面側を覆うように配置されている。ベース層30の感圧素子層10側の主面には、内部空間Sを形成するための凹部302が形成されている。凹部302を囲んで枠型の外周枠部304が設けられている。当該外周枠部304は感圧素子層10の他方の主面側の枠部108と第1接合材40を介して接合されており、当該外周枠部304は接合部として使用されている。本実施形態では、ダイアフラム層20と、感圧素子層10の枠部108と、ベース層30と、が容器を構成し、そして、内部空間Sは、ダイアフラム層20と感圧素子層10の枠部108と、ベース層30と、で囲まれた空間から構成される。
ベース層30の中央部には、厚さ方向に貫通する封止孔306が設けられている。この封止孔306は、内部空間Sを真空にするために用いられる。
The base layer 30 is a member for sealing the internal space S that houses the double tuning fork element 106. The base layer 30 is disposed so as to cover the other main surface side of the pressure-sensitive element layer 10. A recess 302 for forming the internal space S is formed on the main surface of the base layer 30 on the pressure sensitive element layer 10 side. A frame-shaped outer peripheral frame portion 304 is provided so as to surround the recess 302. The outer peripheral frame portion 304 is bonded to the frame portion 108 on the other main surface side of the pressure-sensitive element layer 10 via the first bonding material 40, and the outer peripheral frame portion 304 is used as a bonding portion. In the present embodiment, the diaphragm layer 20, the frame portion 108 of the pressure sensitive element layer 10, and the base layer 30 constitute a container, and the internal space S is a frame of the diaphragm layer 20 and the pressure sensitive element layer 10. The space is surrounded by the portion 108 and the base layer 30.
A sealing hole 306 penetrating in the thickness direction is provided at the center of the base layer 30. The sealing hole 306 is used to evacuate the internal space S.

ここで、第1接合材40により接合されている感圧素子層10の他方の主面側の枠部108の面積(ベース層30の外周枠部304の面積)は、第2接合材50により接合されている感圧素子層10の基部16bの面積(ダイアフラム層20の支持部210の面積)よりも大きいため、上述したように、第1接合材40の再溶融による圧力検出値のドリフトの影響よりも、第1接合材40と当該第1接合材40により接合されている部分との熱膨張係数のズレによる圧力検出値のドリフトの影響の方が大きい。したがって、ベース層30の外周枠部304と感圧素子層10の他方の主面側の枠部108とを接合する際には、融点が低くリフロー等の高温処理時に再溶融する可能性はあるものの熱膨張係数を水晶に合わせている第1接合材40を使用することで、温度変化による圧力検出値のドリフトを小さくすることができ、圧力検出値の精度を向上させることができる。   Here, the area of the frame portion 108 on the other main surface side of the pressure-sensitive element layer 10 bonded by the first bonding material 40 (the area of the outer peripheral frame portion 304 of the base layer 30) is determined by the second bonding material 50. Since it is larger than the area of the base portion 16b of the pressure-sensitive element layer 10 being bonded (the area of the support portion 210 of the diaphragm layer 20), as described above, the drift of the pressure detection value due to remelting of the first bonding material 40 The influence of the drift of the pressure detection value due to the deviation of the thermal expansion coefficient between the first bonding material 40 and the portion bonded by the first bonding material 40 is greater than the influence. Therefore, when the outer peripheral frame portion 304 of the base layer 30 and the frame portion 108 on the other main surface side of the pressure-sensitive element layer 10 are joined, there is a possibility that the melting point is low and remelting occurs during high temperature processing such as reflow. By using the first bonding material 40 whose thermal expansion coefficient matches that of quartz, the drift of the pressure detection value due to temperature change can be reduced, and the accuracy of the pressure detection value can be improved.

なお、感圧素子層10及びベース層30の基材を水晶基板以外とした場合には、熱膨張係数については、第1接合材40と第1接合材40により接合されている部分(外周枠部304、枠部108)との熱膨張係数の差の絶対値を、第2接合材50と第2接合材50により接合されている部分(支持部210、基部16b)との熱膨張係数の差の絶対値よりも小さくすることで、同様の効果が得られる。   In addition, when the base material of the pressure-sensitive element layer 10 and the base layer 30 is other than the quartz substrate, the thermal expansion coefficient is the portion joined by the first bonding material 40 and the first bonding material 40 (the outer peripheral frame). The absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between the second bonding material 50 and the second bonding material 50 (the support portion 210 and the base portion 16b) By making it smaller than the absolute value of the difference, the same effect can be obtained.

なお、図示されていないが、ベース層30の外部に露出した面には電極端子が設けられており、この電極端子は図示しない導電パターンを介して双音叉素子106との間で信号の入出力を行う。
以上のように構成された圧力センサー1は、内部が気密に封止され、真空状態に保持されており、絶対圧を検出するセンサーとなっている。
Although not shown, an electrode terminal is provided on the surface exposed to the outside of the base layer 30, and this electrode terminal inputs / outputs signals to / from the double tuning fork element 106 via a conductive pattern (not shown). I do.
The pressure sensor 1 configured as described above is hermetically sealed inside and kept in a vacuum state, and is a sensor that detects absolute pressure.

ここで、圧力センサー1の基本動作について図2を参照して説明する。図2に示すように、圧力センサー1は、外部からの圧力を受けるとダイアフラム層20の受圧面204が矢印A方向に撓む。このダイアフラム層20の受圧面204の撓みにより、ダイアフラム層20の各支持部23が互いの間隔が広がる矢印B方向に変位する。   Here, the basic operation of the pressure sensor 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, when the pressure sensor 1 receives pressure from the outside, the pressure receiving surface 204 of the diaphragm layer 20 bends in the arrow A direction. Due to the bending of the pressure receiving surface 204 of the diaphragm layer 20, the support portions 23 of the diaphragm layer 20 are displaced in the direction of arrow B in which the distance between them is increased.

これにより、各支持部210間に架け渡された状態で接合されている双音叉素子106の感圧部である柱状ビーム16aには、矢印B方向に引張力が加わって変位するため引張り応力が生じるので、双音叉素子106の共振周波数は高くなる。   As a result, the columnar beam 16a, which is the pressure-sensitive portion of the double tuning fork element 106 that is joined in a state of being spanned between the support portions 210, is displaced by applying a tensile force in the direction of arrow B, so that a tensile stress is generated. As a result, the resonance frequency of the double tuning fork element 106 increases.

一方、外部からの圧力が圧力センサー1内部の真空状態より低い場合には、ダイアフラム層20の受圧面204は矢印Aと反対側の方向に撓み、各支持部210が互いの間隔が狭まる矢印Bと反対側の方向に変位する。
これにより、双音叉素子106に圧縮力が加わって変位するため圧縮応力が生じるので、双音叉素子106の共振周波数は低くなる。
On the other hand, when the pressure from the outside is lower than the vacuum state inside the pressure sensor 1, the pressure receiving surface 204 of the diaphragm layer 20 bends in the direction opposite to the arrow A, and the respective support portions 210 are narrowed by the arrows B. Displaces in the opposite direction.
As a result, a compressive force is applied to the double tuning fork element 106 to cause displacement, and a compressive stress is generated, so that the resonance frequency of the double tuning fork element 106 is lowered.

双音叉素子106は、図示せぬ発振回路と電気的に接続され、当該発振回路から供給される交流電圧により、固有の共振周波数で振動する。前記発振回路は双音叉素子106の共振周波数を示す電気信号を出力し、図示せぬ演算手段が当該信号で示される共振周波数の変化から圧力を算出する。双音叉素子106は加えられた力に対して共振周波数の変化が大きく、圧力を感度よく検出できる。即ち、双音叉型圧電振動子は、ATカット水晶を用いた厚みすべり振動子などに比べて、感圧部(柱状ビーム)に生じる伸長・圧縮応力に起因した共振周波数の変化が極めて大きく、共振周波数の可変幅が大きいので、わずかな物理量の差(圧力差)を検出するような分解能力に優れた力センサーにおいては、好適な感圧素子である。   The double tuning fork element 106 is electrically connected to an oscillation circuit (not shown), and vibrates at an inherent resonance frequency by an AC voltage supplied from the oscillation circuit. The oscillation circuit outputs an electrical signal indicating the resonance frequency of the double tuning fork element 106, and a calculation means (not shown) calculates the pressure from the change in the resonance frequency indicated by the signal. The double tuning fork element 106 has a large change in resonance frequency with respect to the applied force, and can detect pressure with high sensitivity. In other words, the double tuning fork type piezoelectric vibrator has a significantly larger resonance frequency change due to the expansion / compression stress generated in the pressure sensitive part (columnar beam) than the thickness shear vibrator using AT cut quartz. Since the variable width of the frequency is large, a force sensor excellent in decomposing ability that detects a slight physical quantity difference (pressure difference) is a suitable pressure-sensitive element.

次に、圧力センサー1の製造方法の一例について、図4及び図5を参照して説明する。まず、図4を参照して、ダイアフラム層20に第2接合材50及び第1接合材40を仮焼成する手順を説明する。図4の各工程の(a)にはダイアフラム層20の模式断面図を示し、(b)にはダイアフラム層20を他方の主面側から見た平面図を示している。なお、ダイアフラム層20はフォトリソグラフィ技法と、エッチング技法やサンドブラスト法、等の加工方法により形成される。   Next, an example of a manufacturing method of the pressure sensor 1 will be described with reference to FIGS. First, with reference to FIG. 4, a procedure for temporarily firing the second bonding material 50 and the first bonding material 40 on the diaphragm layer 20 will be described. 4A shows a schematic cross-sectional view of the diaphragm layer 20, and FIG. 4B shows a plan view of the diaphragm layer 20 as viewed from the other main surface side. The diaphragm layer 20 is formed by a photolithography technique and a processing method such as an etching technique or a sand blast method.

まず、スクリーンマスクAを用いて、ダイアフラム層20の一対の支持部210の表面に、有機溶媒に溶かしてペースト状にした第2接合材50を塗布する(工程1)。
次に、第2接合材50を390℃程度の温度で仮焼成する。このとき、第2接合材50からは有機成分が揮発する(工程2)。
First, using the screen mask A, the second bonding material 50 dissolved in an organic solvent and formed into a paste is applied to the surfaces of the pair of support portions 210 of the diaphragm layer 20 (step 1).
Next, the second bonding material 50 is temporarily fired at a temperature of about 390 ° C. At this time, the organic component is volatilized from the second bonding material 50 (step 2).

次に、スクリーンマスクBを用いて、ダイアフラム層20の他方の主面側の支持枠部206に、有機溶媒に溶かしてペースト状にした第1接合材40を第2接合材50よりも厚く塗布する(工程3)。
次に、第1接合材40を290℃で仮焼成する(工程4)。
Next, using the screen mask B, the first bonding material 40 dissolved in an organic solvent and pasted into the support frame 206 on the other main surface side of the diaphragm layer 20 is applied thicker than the second bonding material 50. (Step 3).
Next, the first bonding material 40 is temporarily fired at 290 ° C. (step 4).

次に、図5を参照して、仮焼成した第1接合材40及び第2接合材50を溶融させてダイアフラム層20と感圧素子層10とを接合する手順を説明する。図5の各工程に示す図はダイアフラム層20の模式断面図である。   Next, with reference to FIG. 5, the procedure for melting the temporarily fired first bonding material 40 and second bonding material 50 and bonding the diaphragm layer 20 and the pressure-sensitive element layer 10 will be described. 5A and 5B are schematic cross-sectional views of the diaphragm layer 20.

まず、ダイアフラム層20における仮焼成された第1接合材40と、感圧素子層10の枠部108とを接触させる。そして、第1接合材40の融点(260℃)以上かつ第2接合材50の融点(320℃)未満の温度、例えば280℃の温度で10分程度加熱して、第1接合材40を溶融させ、第1接合材40でダイアフラム層20の支持枠部206と感圧素子層10の枠部108とを接合する(工程5、第1接合工程)。   First, the temporarily fired first bonding material 40 in the diaphragm layer 20 and the frame portion 108 of the pressure-sensitive element layer 10 are brought into contact with each other. Then, the first bonding material 40 is melted by heating at a temperature equal to or higher than the melting point (260 ° C.) of the first bonding material 40 and lower than the melting point (320 ° C.) of the second bonding material 50, for example, 280 ° C. Then, the support frame portion 206 of the diaphragm layer 20 and the frame portion 108 of the pressure-sensitive element layer 10 are bonded with the first bonding material 40 (step 5, first bonding step).

工程5において第1接合材40が溶融したことにより、ダイアフラム層20の第2接合材50と感圧素子層10の基部16bとが接触する。この状態で第2接合材50の融点(320℃)以上の温度、例えば330℃の温度で10分程度加熱して、第2接合材50を溶融させ、第2接合材50でダイアフラム層20の支持部210と感圧素子層10の基部16bとを接合する(工程6、第2接合工程)。   When the first bonding material 40 is melted in Step 5, the second bonding material 50 of the diaphragm layer 20 and the base portion 16b of the pressure-sensitive element layer 10 come into contact with each other. In this state, the second bonding material 50 is heated at a temperature equal to or higher than the melting point (320 ° C.) of the second bonding material 50, for example, 330 ° C. for about 10 minutes to melt the second bonding material 50, and the second bonding material 50 forms the diaphragm layer 20. The support part 210 and the base part 16b of the pressure-sensitive element layer 10 are joined (step 6, second joining step).

以上のような圧力センサー1の製造方法により、まず低融点の第1接合材40が感圧素子層10に接触した状態で溶融して接合し、次に高融点の第2接合材50が感圧素子に接触し溶融して接合することとなる。したがって、低融点の第1接合材40が感圧素子層10に接触しない状態で融点以上の温度に長時間晒されて、結晶化して接合できなくなるという問題を回避することができる。   According to the manufacturing method of the pressure sensor 1 as described above, the first bonding material 40 having a low melting point is first melted and bonded in contact with the pressure-sensitive element layer 10, and then the second bonding material 50 having a high melting point is sensed. The pressure element contacts and melts and joins. Therefore, it is possible to avoid the problem that the first bonding material 40 having a low melting point is exposed to a temperature equal to or higher than the melting point for a long time without being in contact with the pressure-sensitive element layer 10 to be crystallized and cannot be bonded.

なお、この後に行う感圧素子層10とベース層30との第1接合材40による接合は、感圧素子層10とダイアフラム層20とを第1接合材40で接合するための工程である上記第3工程及び第6工程を組み合わせることで行うことができる。   The subsequent bonding of the pressure-sensitive element layer 10 and the base layer 30 with the first bonding material 40 is a process for bonding the pressure-sensitive element layer 10 and the diaphragm layer 20 with the first bonding material 40. It can be performed by combining the third step and the sixth step.

次に、第2実施形態について説明する。図6は、第2実施形態に係る圧力センサー1Aの側断面図であり、図7は図6に示す圧力センサー1AのA−A断面図である。これらの図において第1実施形態で説明した構成と同様の部分には同符号を付すとともに、その説明を省略する。   Next, a second embodiment will be described. 6 is a side sectional view of the pressure sensor 1A according to the second embodiment, and FIG. 7 is a sectional view taken along line AA of the pressure sensor 1A shown in FIG. In these drawings, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、第2実施形態に係る圧力センサー1Aが、第1実施形態で説明した、双音叉素子106を囲む枠部108と、当該枠部108と双音叉素子106とを連結する接続部110と、を有していない点である。したがって、第1実施形態では、枠部108が「固定部」に対応し、ダイアフラム層20の支持枠部206と、当該支持枠部206に対向するベース層30の外周枠部304とを、感圧素子層10の枠部108を挟んで第1接合材40を用いて接合して、3層構造としたが、第2実施形態では、ベース層30が「固定部」に対応し、ダイアフラム層20の支持枠部206と、当該支持枠部206に対向するベース層30の外周枠部304とを、第1接合材40を用いて接合して、2層構造としている。   The second embodiment is different from the first embodiment in that the pressure sensor 1A according to the second embodiment includes the frame portion 108 that surrounds the double tuning fork element 106 described in the first embodiment, and the frame portion 108 and the double portion. The connection portion 110 that connects the tuning fork element 106 is not provided. Therefore, in the first embodiment, the frame portion 108 corresponds to the “fixed portion”, and the support frame portion 206 of the diaphragm layer 20 and the outer peripheral frame portion 304 of the base layer 30 facing the support frame portion 206 are sensed. The three-layer structure is formed by using the first bonding material 40 with the frame portion 108 of the pressure element layer 10 interposed therebetween. However, in the second embodiment, the base layer 30 corresponds to the “fixing portion”, and the diaphragm layer The 20 support frame portions 206 and the outer peripheral frame portion 304 of the base layer 30 facing the support frame portion 206 are bonded using the first bonding material 40 to form a two-layer structure.

第2実施形態では、ダイアフラム層20とベース層30とが容器を構成しており、内部空間Sは、ダイアフラム層20とベース層30と、で囲まれた空間から構成されることとなる。   In the second embodiment, the diaphragm layer 20 and the base layer 30 constitute a container, and the internal space S is constituted by a space surrounded by the diaphragm layer 20 and the base layer 30.

圧力センサー1Aの製造方法としては、第1実施形態と同様の方法を用いることができる。ただし、第1実施形態における図5に示す工程5に対応する第2実施形態での工程において、ダイアフラム層20の一方の主面を上方に向けた状態で、ダイアフラム層20の支持枠部206とベース層30の外周枠部304とを第1接合材40を介して接触させた場合、第2実施形態では双音叉素子106の周囲に枠部が存在しないため、双音叉素子106を内部空間S内に支持しておくことができない。したがって、第2実施形態においては、ダイアフラム層20の他方の主面を上方に向けた状態で、ダイアフラム層20の一対の支持部210の上に双音叉素子106の一対の基部16bを載置するとともに、ダイアフラム層20の支持枠部206の上にベース層30の外周枠部304を載置して、工程5以降を行えばよい。
その他の構成は第1実施形態と同様である。
As a manufacturing method of the pressure sensor 1A, the same method as in the first embodiment can be used. However, in the step of the second embodiment corresponding to step 5 shown in FIG. 5 in the first embodiment, the support frame portion 206 of the diaphragm layer 20 and the main surface of the diaphragm layer 20 face upward. When the outer peripheral frame portion 304 of the base layer 30 is brought into contact with the first bonding material 40, in the second embodiment, there is no frame portion around the double tuning fork element 106. I can't keep it inside. Therefore, in the second embodiment, the pair of base portions 16b of the double tuning fork element 106 are placed on the pair of support portions 210 of the diaphragm layer 20 with the other main surface of the diaphragm layer 20 facing upward. At the same time, the outer peripheral frame portion 304 of the base layer 30 may be placed on the support frame portion 206 of the diaphragm layer 20 and the steps 5 and thereafter may be performed.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、第3実施形態について説明する。図8は第3実施形態に係る圧力センサー1Bの側断面図である。同図において上述した実施形態で説明した構成と同様の部分には同符号を付すとともに、その説明を省略する。   Next, a third embodiment will be described. FIG. 8 is a side sectional view of a pressure sensor 1B according to the third embodiment. In the figure, the same components as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第3実施形態に係る圧力センサー1Bが、第2実施形態に係る圧力センサー1Aと異なる点は、第2の実施形態に係る圧力センサー1Aが絶対圧計であるのに対し、第3実施形態に係る圧力センサー1Bが相対圧計である点である。   The difference between the pressure sensor 1B according to the third embodiment and the pressure sensor 1A according to the second embodiment is that the pressure sensor 1A according to the second embodiment is an absolute manometer, whereas the pressure sensor 1B according to the second embodiment relates to the third embodiment. The pressure sensor 1B is a relative pressure gauge.

第3実施形態に係る圧力センサー1Bは、第2実施形態に係る圧力センサー1Aが備えるベース層30に替えて、ダイアフラム層30Aを備えている。そして、ダイアフラム層20とダイアフラム層30Aとの間には、一方のダイアフラム層の変形を他方へ伝達するための支柱60が設けられている。この支柱60は、双音叉素子106の両脇に配置すればよい。   The pressure sensor 1B according to the third embodiment includes a diaphragm layer 30A instead of the base layer 30 included in the pressure sensor 1A according to the second embodiment. A strut 60 is provided between the diaphragm layer 20 and the diaphragm layer 30A to transmit the deformation of one diaphragm layer to the other. The struts 60 may be disposed on both sides of the double tuning fork element 106.

このような構成の圧力センサー1Bにおいて、ダイアフラム層20側に圧力が負荷された場合、受圧面204が図中下側へ変形する。これにより、支持部210に固定された双音叉素子106は引張の力を受けることとなり、その周波数が増加する。一方、ダイアフラム層30A側に圧力が負荷された場合には、ダイアフラム層30Aの主面が図中上側へ変形することとなる。支柱60が設けられていることにより、ダイアフラム層30Aの変形に倣って、ダイアフラム層20の受圧面204も図中上側へ変形する。これにより、一対の支持部210は中心方向へ向かって傾くため、支持部210に固定された双音叉素子106は圧縮の力を受けることとなり、その周波数は低下する。このように、圧力センサー1Bは、ダイアフラム層20、30Aのいずれに圧力が負荷された場合であっても、その圧力を検出することができる。その他の構成は第2実施形態と同様である。   In the pressure sensor 1B having such a configuration, when pressure is applied to the diaphragm layer 20 side, the pressure receiving surface 204 is deformed downward in the drawing. Thereby, the double tuning fork element 106 fixed to the support part 210 receives a tensile force, and the frequency increases. On the other hand, when pressure is applied to the diaphragm layer 30A side, the main surface of the diaphragm layer 30A is deformed upward in the drawing. By providing the column 60, the pressure receiving surface 204 of the diaphragm layer 20 is also deformed upward in the figure following the deformation of the diaphragm layer 30A. As a result, the pair of support portions 210 are inclined toward the center, so that the double tuning fork element 106 fixed to the support portion 210 receives a compression force, and the frequency thereof decreases. As described above, the pressure sensor 1B can detect the pressure even when the pressure is applied to any of the diaphragm layers 20 and 30A. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

なお、上述した実施形態では、感圧部として、1対の柱状ビーム16aを用いたが、感圧部はこれに限定されることはない。例えば、図9に示すように、感圧部を1つの柱状ビーム(シングルビームともいう)から構成しても良い。   In the above-described embodiment, the pair of columnar beams 16a is used as the pressure sensitive part, but the pressure sensitive part is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, the pressure-sensitive part may be composed of one columnar beam (also referred to as a single beam).

また、感圧部としてATカット水晶を用いた厚みすべり振動子(以下、ATカット振動子と称す)を用いてもよい。感圧部としてATカット振動子を用いることで、温度に対する周波数安定性が向上し、周波数温度特性を良好にすることができるとともに、衝撃に強く丈夫な圧力センサーとすることができる。   Further, a thickness shear vibrator (hereinafter referred to as an AT cut vibrator) using an AT cut crystal may be used as the pressure sensitive portion. By using an AT-cut vibrator as the pressure-sensitive portion, frequency stability with respect to temperature can be improved, frequency temperature characteristics can be improved, and a pressure sensor that is strong against impact and can be made strong.

図10(a)には、感圧部としてATカット振動子を用いた圧力センサー1Cの分解斜視図の一例を示し、図10(b)には当該圧力センサー1Cの模式断面図を示し、図10(c)には当該圧力センサー1Cが備える感圧素子層10Aの平面図を示す。これらの図において上述した実施形態で説明した構成と同様の部分には同符号を付すとともに、その説明を省略する。これらの図に示すように、圧力センサー1Cは、第1実施形態に係る圧力センサー1が備える双音叉振動子106の1対の柱状ビーム16aをATカット振動子17に置き換えた構成となっている。   FIG. 10A shows an example of an exploded perspective view of a pressure sensor 1C using an AT-cut vibrator as a pressure-sensitive part, and FIG. 10B shows a schematic cross-sectional view of the pressure sensor 1C. 10 (c) shows a plan view of the pressure-sensitive element layer 10A included in the pressure sensor 1C. In these drawings, the same components as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. As shown in these drawings, the pressure sensor 1C has a configuration in which the pair of columnar beams 16a of the double tuning fork vibrator 106 included in the pressure sensor 1 according to the first embodiment is replaced with an AT cut vibrator 17. .

ATカット振動子17は、ATカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶片17aを備えている。なお、ATカットとは、水晶の結晶軸であるX軸とZ軸とを含む平面(Y面)を、X軸を回転軸として+Z軸から−Y軸方向へ約35度15分回転させて得られる面が主面となるように切り出すカット角である。この水晶片17aの表面及び裏面(不図示)の中央部には、当該水晶片17aを励振させるための励振電極17bが設けられている。励振電極17bには引出電極17cが接続されており、水晶片17aの長さ方向の一方側の周縁に向かって引き出されている。この引出電極17cは、基部16bに設けられたマウント電極60、及び接続部110と枠部108に設けられた接続パターン92を介して、枠部108に設けられた枠部側マウント電極94に導通している。枠部側マウント電極94は、感圧素子層10Aをダイアフラム層20とベース層30とで挟み込んだときに、ダイアフラム層20の支持枠部206及びベース層30の外周枠部304と平面視して重なる位置に設けてある。そして枠部側マウント電極94は、図示しない接続パターンによって圧力センサー1Aの外部に設けた電極と導通している。   The AT cut vibrator 17 includes a crystal piece 17a cut out at a cut angle called AT cut. The AT cut is a plane (Y plane) including the X axis and the Z axis, which are crystal axes of quartz, rotated about 35 degrees 15 minutes from the + Z axis to the −Y axis direction with the X axis as the rotation axis. It is a cut angle cut out so that the obtained surface becomes the main surface. An excitation electrode 17b for exciting the crystal piece 17a is provided at the center of the front and back surfaces (not shown) of the crystal piece 17a. An extraction electrode 17c is connected to the excitation electrode 17b, and is extracted toward the peripheral edge on one side in the length direction of the crystal piece 17a. The lead electrode 17c is electrically connected to the frame side mount electrode 94 provided on the frame portion 108 via the mount electrode 60 provided on the base portion 16b and the connection pattern 92 provided on the connection portion 110 and the frame portion 108. doing. When the pressure-sensitive element layer 10 </ b> A is sandwiched between the diaphragm layer 20 and the base layer 30, the frame-side mount electrode 94 is viewed in plan from the support frame portion 206 of the diaphragm layer 20 and the outer peripheral frame portion 304 of the base layer 30. It is provided at the overlapping position. The frame side mount electrode 94 is electrically connected to an electrode provided outside the pressure sensor 1A by a connection pattern (not shown).

このような圧力センサー1Cは、上述した実施形態において図2を参照して説明した圧力センサー1と同様に動作する。すなわち、ダイアフラム層20が被検出圧力を受圧して撓み変位すると、その変位がダイアフラム層20を介して力に変換されATカット振動子17に伝達される。力を伝達されたATカット振動子17には内部応力(引張り応力、圧縮応力)が生じ、共振周波数が変化する。この共振周波数の変化を測定して被検出圧力を検出することができる。   Such a pressure sensor 1C operates in the same manner as the pressure sensor 1 described with reference to FIG. 2 in the above-described embodiment. That is, when the diaphragm layer 20 receives the pressure to be detected and bends and displaces, the displacement is converted into a force through the diaphragm layer 20 and transmitted to the AT-cut vibrator 17. Internal stress (tensile stress, compressive stress) is generated in the AT-cut vibrator 17 to which the force is transmitted, and the resonance frequency changes. The change in resonance frequency can be measured to detect the detected pressure.

以上説明したように、圧力センサーを構成する各部材が水晶基板を基材としている場合に、感圧素子としての双音叉素子106を接合する第2接合材50を、熱膨張係数が小さく水晶との熱膨張係数の差は大きいが、融点を第1接合材40よりも高くすることによってリフロー等の高温処理で再溶融しないようにすることで、ダイアフラムに搭載される感圧素子の熱歪に起因した内部応力の変動を抑制することができる。   As described above, when each member constituting the pressure sensor uses a quartz substrate as a base material, the second bonding material 50 for bonding the double tuning fork element 106 as a pressure sensitive element is made of quartz with a small thermal expansion coefficient. Although the difference in the thermal expansion coefficient is large, by making the melting point higher than that of the first bonding material 40 so as not to be re-melted by high-temperature processing such as reflow, the thermal strain of the pressure-sensitive element mounted on the diaphragm is reduced. It is possible to suppress the fluctuation of the internal stress caused.

また、圧力センサーを構成する部材の枠部分の接合については、第1接合材40の再溶融による圧力検出値のドリフトの影響よりも、第1接合材40と当該第1接合材40により接合されている部分との熱膨張係数のズレによる影響が大きいので、水晶と熱膨張係数が近い第1接合材40を用いて接合することによって、熱膨張係数のズレに起因した圧力検出値のドリフトを防ぐことができ、圧力検出値の精度を向上させることができる。   Further, the joining of the frame portions of the members constituting the pressure sensor is joined by the first joining material 40 and the first joining material 40 rather than the influence of the drift of the pressure detection value due to the remelting of the first joining material 40. Since the influence of the deviation of the thermal expansion coefficient with the portion that is being heated is large, the pressure detection value drift due to the deviation of the thermal expansion coefficient can be reduced by bonding using the first bonding material 40 having a thermal expansion coefficient close to that of the crystal. This can prevent the accuracy of the pressure detection value.

また、圧力センサーの製造時に、加熱する前の第1接合材40の厚さを第2接合材50の厚さよりも厚くすることで、まず低融点の第1接合材40が感圧素子層10に接触した状態で第1接合材40を溶融させ、次に高融点の第2接合材50が感圧素子層10に接触した状態で第2接合材50を溶融させることができるため、低融点の第1接合材40が接合対象部位に接触しない状態で融点以上の温度に長時間晒されて、結晶化してしまい接合できなくなるという問題を回避することができる。   In addition, when the pressure sensor is manufactured, the first bonding material 40 before heating is made thicker than the second bonding material 50 so that the first bonding material 40 having a low melting point is first formed into the pressure-sensitive element layer 10. The first bonding material 40 can be melted in contact with the second bonding material 50, and then the second bonding material 50 can be melted in the state where the high melting point second bonding material 50 is in contact with the pressure-sensitive element layer 10. It is possible to avoid the problem that the first bonding material 40 is exposed to a temperature equal to or higher than the melting point for a long time without being in contact with the bonding target portion, and is crystallized and cannot be bonded.

上述した実施形態では、気体や液体の圧力を検出する圧力センサーを用いて説明したが、本発明に係る物理量検出器はこれに限らず、指等により直接押圧した場合の前記指の押圧による外力を検出する力センサーやその他の物理量を検出するセンサーにも広く適用できることは言うまでもない。   In the above-described embodiment, the pressure sensor that detects the pressure of gas or liquid has been described. However, the physical quantity detector according to the present invention is not limited to this, and external force due to pressing of the finger when pressed directly with a finger or the like. Needless to say, the present invention can be widely applied to a force sensor for detecting the pressure and a sensor for detecting other physical quantities.

1、1A………圧力センサー、10、10A………感圧素子層、106………双音叉素子、16a………柱状ビーム、16b………基部、17………ATカット振動子、17a………水晶片、17b………励振電極、17c………引出電極、108………枠部、110………接続部、20………ダイアフラム層、204………受圧面、206………支持枠部、210………支持部、30………ベース層、302………凹部、304………外周枠部、306………封止孔、40………第1接合材、50………第2接合材、60……支柱。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A ......... Pressure sensor 10, 10A ......... Pressure-sensitive element layer, 106 ......... Double tuning fork element, 16a ......... Columnar beam, 16b ......... Base, 17 ...... AT cut vibrator, 17a ......... crystal piece, 17b ......... excitation electrode, 17c ...... extraction electrode, 108 ......... frame portion, 110 ......... connection portion, 20 ......... diaphragm layer, 204 ...... pressure-receiving surface, 206 ......... Support frame part, 210 ......... Support part, 30 ......... Base layer, 302 ......... Recess, 304 ......... Outer frame part, 306 ......... Sealing hole, 40 ......... First joint Material: 50 ......... second bonding material, 60 ... support.

Claims (12)

一対の基部と前記一対の基部の間に配置されている感圧部とを含む感圧素子と、
前記一対の基部が第2接合材を介して接合されている一対の支持部を備えている可撓部と、前記可撓部の周縁を支持する支持枠部と、を含むダイアフラムと、
前記支持枠部が第1接合材を介して固定されている固定部と、
を備え、
前記第2接合材の融点は、前記第1接合材の融点よりも高い
ことを特徴とする物理量検出器。
A pressure-sensitive element including a pair of base portions and a pressure-sensitive portion disposed between the pair of base portions;
A diaphragm including a flexible portion including a pair of support portions to which the pair of base portions are bonded via a second bonding material; and a support frame portion that supports a peripheral edge of the flexible portion;
A fixing part in which the support frame part is fixed via a first bonding material;
With
The physical quantity detector, wherein the melting point of the second bonding material is higher than the melting point of the first bonding material.
前記第1接合材の熱膨張係数と、
前記第1接合材により接合される部分の熱膨張係数とは、ほぼ等しいことを特徴とする請求項1に記載の物理量検出器。
A coefficient of thermal expansion of the first bonding material;
The physical quantity detector according to claim 1, wherein a coefficient of thermal expansion of a portion joined by the first joining material is substantially equal.
前記第1接合材と該第1接合材により接合される部分との熱膨張係数の差の絶対値は、
前記第2接合材と該第2接合材により接合される部分との熱膨張係数の差の絶対値よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の物理量検出器。
The absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between the first bonding material and the portion bonded by the first bonding material is:
The physical quantity detector according to claim 1, wherein the physical quantity detector is smaller than an absolute value of a difference in thermal expansion coefficient between the second bonding material and a portion bonded by the second bonding material.
前記固定部の機能を備えているベースを含み、
前記感圧素子を覆うように前記ベースと前記ダイアフラムが積層されていることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の物理量検出器。
Including a base having the function of the fixing portion;
The physical quantity detector according to claim 1, wherein the base and the diaphragm are stacked so as to cover the pressure-sensitive element.
前記感圧素子を囲む枠部と、当該枠部と前記感圧素子とを連結する接続部と、を含み、
前記枠部が前記固定部の機能を備えていることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の物理量検出器。
A frame portion surrounding the pressure sensitive element, and a connecting portion for connecting the frame portion and the pressure sensitive element,
The physical quantity detector according to claim 1, wherein the frame portion has a function of the fixing portion.
前記感圧素子を覆うように前記ダイアフラムと前記枠部とベースとが積層され、
前記枠部は、当該枠部に対向する前記ベースの接合部に前記第1接合材を用いて接合されていることを特徴とする請求項5に記載の物理量検出器。
The diaphragm, the frame part and the base are laminated so as to cover the pressure sensitive element,
The physical quantity detector according to claim 5, wherein the frame portion is bonded to the bonding portion of the base facing the frame portion using the first bonding material.
前記第1接合材により接合される部分は水晶であり、
前記第1接合材の熱膨張係数は前記第2接合材の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載の物理量検出器。
The portion bonded by the first bonding material is quartz,
The physical quantity detector according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the first bonding material is larger than a thermal expansion coefficient of the second bonding material.
前記第2接合材はガラス材であることを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載の物理量検出器。   The physical quantity detector according to claim 1, wherein the second bonding material is a glass material. 前記ガラス材は、金属微粒子を含有していることを特徴とする請求項8に記載の物理量検出器。   The physical quantity detector according to claim 8, wherein the glass material contains metal fine particles. 請求項1乃至9のうちいずれか1項に記載の物理量検出器の製造方法であって、
前記第2接合材の融点は、前記物理量検出器が基板へ実装されるときの加熱温度よりも高いことを特徴とする物理量検出器の製造方法。
A method for manufacturing a physical quantity detector according to any one of claims 1 to 9,
The method of manufacturing a physical quantity detector, wherein the melting point of the second bonding material is higher than a heating temperature when the physical quantity detector is mounted on a substrate.
一対の基部と前記一対の基部の間に配置されている感圧部とを含む感圧素子と、
前記一対の基部が第2接合材を介して接合されている一対の支持部を備えている可撓部と、前記可撓部の周縁を支持する支持枠部と、を含むダイアフラムと、
前記支持枠部が前記第2接合材の融点よりも低い融点を有する第1接合材を介して固定されている固定部とを備えた物理量検出器の製造方法であって、
前記ダイアフラムの前記一対の支持部に前記第2接合材を塗布する工程と、
前記一対の支持部に塗布された前記第2接合材を仮焼成する工程と、
前記ダイアフラムにおける前記支持部が設けられた主面側の前記支持枠部に、前記第1接合材を前記第2接合材の厚みよりも厚く塗布する工程と、
前記支持枠部に塗布された前記第1接合材を仮焼成する工程と、
前記第1接合材を前記第1接合材の融点以上かつ前記第2接合材の融点未満に加熱して、前記第1接合材を用いて前記ダイアフラムの前記支持枠部と前記固定部とを接合する第1接合工程と、
前記第2接合材と前記感圧素子の前記一対の基部とを接触させた状態で、前記第2接合材の融点以上に加熱して、前記第2接合材を用いて前記ダイアフラムの前記一対の支持部と前記感圧素子の前記一対の基部とを接合する第2接合工程と
を備えたことを特徴とする物理量検出器の製造方法。
A pressure-sensitive element including a pair of base portions and a pressure-sensitive portion disposed between the pair of base portions;
A diaphragm including a flexible portion including a pair of support portions to which the pair of base portions are bonded via a second bonding material; and a support frame portion that supports a peripheral edge of the flexible portion;
A method of manufacturing a physical quantity detector, comprising: a fixing portion in which the support frame portion is fixed via a first bonding material having a melting point lower than the melting point of the second bonding material,
Applying the second bonding material to the pair of support portions of the diaphragm;
Pre-baking the second bonding material applied to the pair of support parts;
Applying the first bonding material thicker than the second bonding material to the support frame portion on the main surface side of the diaphragm where the support portion is provided;
Pre-baking the first bonding material applied to the support frame part;
The first bonding material is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the first bonding material and lower than the melting point of the second bonding material, and the support frame portion and the fixing portion of the diaphragm are bonded to each other using the first bonding material. A first joining step to perform,
In a state where the second bonding material and the pair of bases of the pressure-sensitive element are in contact with each other, the second bonding material is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the second bonding material, and the pair of diaphragms is used by using the second bonding material. A method of manufacturing a physical quantity detector, comprising: a second joining step of joining a support part and the pair of base parts of the pressure-sensitive element.
前記第1接合工程において、前記ダイアフラムの前記支持枠部に塗布されて仮焼成された前記第1接合材と、前記感圧部を囲み前記固定部の機能を有する枠部と、を接触させ、前記第1接合材の融点以上かつ前記第2接合材の融点未満に加熱することにより、前記第1接合材を用いて、前記支持枠部と前記枠部とを接合することを特徴とする請求項11に記載の物理量検出器の製造方法。   In the first bonding step, the first bonding material applied to the support frame portion of the diaphragm and temporarily fired is brought into contact with the frame portion surrounding the pressure-sensitive portion and having the function of the fixing portion, The support frame portion and the frame portion are bonded to each other using the first bonding material by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the first bonding material and lower than the melting point of the second bonding material. Item 12. A method for producing a physical quantity detector according to Item 11.
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