JP2014185957A - 物理量検出器、変位量測定センサー、及び圧力計 - Google Patents
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Abstract
【課題】気密空間の気密漏れを防止させることができる物理量検出器を提供すること。
【解決手段】受圧面22と、受圧面22の裏面に配置されている導電層21とを有するダイアフラム20と、導電層21と離間して、導電層21に対向するように配置されていて互いに異なる電位を有する複数のベース電極30と、ダイアフラム20と接続され、ダイアフラム20とともに気密空間40を構成するベース部50と、を備え、複数のベース電極30は、ベース部50に固定され、ベース部50の複数のベース電極30が固定されている側の面とは異なる面に配置されている外部端子61に電気的に接続していることを特徴とする物理量検出器。
【選択図】図2
【解決手段】受圧面22と、受圧面22の裏面に配置されている導電層21とを有するダイアフラム20と、導電層21と離間して、導電層21に対向するように配置されていて互いに異なる電位を有する複数のベース電極30と、ダイアフラム20と接続され、ダイアフラム20とともに気密空間40を構成するベース部50と、を備え、複数のベース電極30は、ベース部50に固定され、ベース部50の複数のベース電極30が固定されている側の面とは異なる面に配置されている外部端子61に電気的に接続していることを特徴とする物理量検出器。
【選択図】図2
Description
本発明は、物理量検出器、物理量検出器を備えた変位量測定センサー、及び圧力計に関する。
物理量検出器のひとつに、気圧、及び水圧等を測定する静電容量式圧力センサー(以下、「圧力センサー」ともいう)がある。この圧力センサーは、固定電極と、固定電極と離間して互いに対向する位置に設けられた可動電極とを備えている。このような圧力センサーは、可動電極を設けたダイアフラムが圧力によって撓むことによる、可動電極と、固定電極との間の静電容量の変化を検知し、圧力を測定することができる。
圧力センサーの一例として、基台の面上に順次積層された下部電極膜、及び誘電体膜と、対向する位置に薄肉部を備えるとともに、基台の面上に固定された検出片と、薄肉部の少なくとも一部に形成され、且つ下部電極膜と対向する位置関係にある上部電極膜と、を備え、検出片の下面と誘電体膜との間に接合材で構成された気密空間を備えた圧力センサーが開示されている(特許文献1参照)。
圧力センサーの一例として、基台の面上に順次積層された下部電極膜、及び誘電体膜と、対向する位置に薄肉部を備えるとともに、基台の面上に固定された検出片と、薄肉部の少なくとも一部に形成され、且つ下部電極膜と対向する位置関係にある上部電極膜と、を備え、検出片の下面と誘電体膜との間に接合材で構成された気密空間を備えた圧力センサーが開示されている(特許文献1参照)。
開示されている圧力センサーから圧力値を得るためには、上部電極膜と、下部電極膜との間で検知された静電容量を気密空間内から外部に取り出す必要がある。静電容量を取り出すには、上部電極膜と接続された引き出し電極を、接合材の間に挟んで、圧力センサーの端面まで引き出す手段と、下部電極膜と接続された電極を、スルーホール等で基台内から引き出す手段とがあるとしている。
しかしながら、特許文献1に記載の圧力センサーにおいて、静電容量を圧力センサーから取り出すため、上部電極膜と接続された引き出し電極を接合材の間に挟んで取り出している。引き出し電極は、側断面に凹凸を有しているために、接合材で挟んだ場合に、接合材と、引き出し電極との間に隙間を生じさせるおそれがあった。
気密空間は、このような隙間を生じると、気密を保持できなくなる。このために、上記圧力センサーは、静電容量の検知、及び圧力値を測定できなくなるという課題があった。
また、従来の構造では、接合材は、検出片と、基台とを面で接続しているために、衝撃等で、面内方向に外力が加わった場合に、検出片と、基台とが面内方向に剥離する(ズレる)おそれがあった。
気密空間は、このような隙間を生じると、気密を保持できなくなる。このために、上記圧力センサーは、静電容量の検知、及び圧力値を測定できなくなるという課題があった。
また、従来の構造では、接合材は、検出片と、基台とを面で接続しているために、衝撃等で、面内方向に外力が加わった場合に、検出片と、基台とが面内方向に剥離する(ズレる)おそれがあった。
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例にかかる物理量検出器は、受圧面と、前記受圧面の裏面に配置されている導電層とを有するダイアフラムと、前記導電層と離間して、前記導電層に対向するように配置されていて互いに異なる電位を有する複数のベース電極と、前記ダイアフラムと接続され、前記ダイアフラムとともに気密空間を構成するベース部と、を備え、前記複数のベース電極は、前記ベース部に固定され、前記ベース部の前記複数のベース電極が固定されている側の面とは異なる面に配置されている外部端子に電気的に接続していることを特徴とする。
本適用例によれば、物理量検出器は、ダイアフラムに受圧面が設けられ、ダイアフラムの内面に形成された導電層と、異なる電位を有する複数のベース電極とが離間して互いに対向するように配置されている。ダイアフラムの内面と、ベース部とが接続されて構成される気密空間の内部には、ベース部に複数のベース電極が設けられている。ダイアフラムの受圧面に、物理量、例えば圧力が加わると、ダイアフラムが撓み、導電層も付随して変位する。そして、導電層と、複数のベース電極との間隔が変位し、静電容量の変化が生じる。これにより圧力の変動を、静電容量の変化として、取り出すことができる。静電容量の変化は、複数のベース電極により検出され、ベース部を通して取り出せるために、ダイアフラムと、ベース部とにより構成される気密空間の気密性を保持することができる。
また、導電層と、複数のベース電極とが離間して互いに対向するように配置されていることで、物理量検出器に外力が加わってダイアフラムが撓んだ場合に、導電層と、複数のベース電極との接触、及び短絡等を防ぐことができる。また、例えば、ベース部の一部と、ダイアフラムの外周端面とを接合材で覆うように接続して気密空間を構成することで、物理量検出器に外力が加わった場合に、ベース部と、ダイアフラムとの面内方向の剥離に対する補強が行える。従って、気密性と、耐衝撃性とを兼ね備えた物理量検出器を提供することができる。
[適用例2]上記適用例にかかる物理量検出器において、前記気密空間は、真空であることを特徴とする。
本適用例によれば、気密空間は真空であるため、気密空間の内部を一定の状態に保ち、ダイアフラム、及びベース部からの熱の対流、及び伝導等の影響を抑えた静電容量の測定ができる。
[適用例3]上記適用例にかかる物理量検出器において、前記気密空間において、前記ベース部には、電子部品が配置されていることを特徴とする。
本適用例によれば、気密空間側のベース部は、電子部品、例えば半導体等を収容し、導電層と、複数のベース電極との間に生じた静電容量を電子部品に取り込み、静電容量を電気信号等に変換し、出力することが可能となる。
[適用例4]上記適用例にかかる物理量検出器において、前記複数のベース電極は、前記電子部品を介して前記ベース部に固定されていることを特徴とする。
本適用例によれば、ベース部は、電子部品、例えば半導体等を収容し、電子部品上に配置された複数のベース電極と、導電層との間に生じた静電容量を電子部品に取り込み、静電容量を電気信号等に変換し、出力することが可能となる。
[適用例5]上記適用例にかかる物理量検出器において、前記ダイアフラムは、水晶を含むことを特徴とする。
本適用例によれば、ダイアフラムの構成材料を、例えば、水晶を含むことで、経年変化が少なく、機械変形による再現性が高い(ヒステリシスが少ない)。また、ダイアフラムの厚みを厳密に管理することが容易であり、均一な板厚のダイアフラムを得ることができる。
[適用例6]上記適用例にかかる物理量検出器において、前記ダイアフラムの受圧面は、ATカット、BTカット、及びSTカットのいずれかの切断角度であることを特徴とする。
本適用例によれば、ダイアフラムの受圧面の構成材料を、例えば、水晶にすることで、周波数測定を行いながら厚み加工を行うことができる。これにより、精度の良い厚みを持った、ダイアフラムを提供することができる。
[適用例7]本適用例にかかる変位量測定センサーは、上記適用例1乃至6のいずれか一項に記載の物理量検出器を備え、物理的な変位を測定することを特徴とする。
本適用例によれば、上記適用例の物理量検出器は、物理的な変位を測定できるため、気密性と、耐衝撃性とを兼ね備えた変位量測定センサーを提供することが可能である。
[適用例8]本適用例にかかる圧力計は、上記適用例1乃至6のいずれか一項に記載の物理量検出器を備え、圧力を測定することを特徴とする。
本適用例によれば、上記適用例の物理量検出器は、圧力を測定できるため、気密性と、耐衝撃性とを兼ね備えた圧力計を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
(第1実施形態)
《構成》
まず、図1、及び図2を用いて第1実施形態の物理量検出器の概略構成について説明する。
図1は、第1実施形態の物理量検出器の斜視図であり、図2は、図1のP−P断面における断面図である。
《構成》
まず、図1、及び図2を用いて第1実施形態の物理量検出器の概略構成について説明する。
図1は、第1実施形態の物理量検出器の斜視図であり、図2は、図1のP−P断面における断面図である。
物理量検出器10は、ベース部50と、ダイアフラム20とを含んで構成されている。
ベース部50は、ベース基板51と、壁部52とを含んで構成されている。本実施形態においては、ダイアフラム20側からベース基板51を見ることを平面視として説明する。
ベース基板51は、平面視において略四角形の板状である。壁部52は、平面視において中央部に貫通部を有した筒状で、ベース基板51の外周部に沿ってベース基板51に接続されている。壁部52には、上端面53が設けられている。ベース部50には、ベース基板51と、壁部52とによって、凹部58が構成されている。ベース基板51の上面(以降、収容面55という。)には、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)が設けられている。
なお、本実施形態に係るベース電極31、及びベース電極32は、互いに異なる電位を有している。
ベース部50は、ベース基板51と、壁部52とを含んで構成されている。本実施形態においては、ダイアフラム20側からベース基板51を見ることを平面視として説明する。
ベース基板51は、平面視において略四角形の板状である。壁部52は、平面視において中央部に貫通部を有した筒状で、ベース基板51の外周部に沿ってベース基板51に接続されている。壁部52には、上端面53が設けられている。ベース部50には、ベース基板51と、壁部52とによって、凹部58が構成されている。ベース基板51の上面(以降、収容面55という。)には、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)が設けられている。
なお、本実施形態に係るベース電極31、及びベース電極32は、互いに異なる電位を有している。
ベース基板51における収容面55の反対側の面(以降、実装面56という。)には、面実装用の複数の外部端子61が設けられている。ベース電極31、及びベース電極32は、スルーホール(図示せず)等で実装面56の外部端子61に接続されている。
なお、ベース基板51の形状は、平面視において略四角形を一例として説明したが、この形状に限定するものではない。ベース基板51は、板状であればよく、平面視における形状が、例えば、円形や楕円形、あるいは、四角形以外の多角形であってもよい。
なお、ベース基板51の形状は、平面視において略四角形を一例として説明したが、この形状に限定するものではない。ベース基板51は、板状であればよく、平面視における形状が、例えば、円形や楕円形、あるいは、四角形以外の多角形であってもよい。
ベース部50を構成しているベース基板51、壁部52の材質は、水晶、ガラス、セラミック等の絶縁材料を用いることができる。
ダイアフラム20は、平面視において略四角形の板状で、ベース部50の凹部58を覆う大きさを有している。詳しくは、凹部58を覆うとともに、ベース部50の上端面53に後述する接合材28で接続するための接合しろ(糊しろ)分を確保した大きさとなっている。換言すれば、ダイアフラム20は、凹部58の大きさよりも、一回り大きく形成されている。
ダイアフラム20の平面視における中央部には、厚み方向に変動可能な薄肉部23が設けられている。
ダイアフラム20は、略平坦な内面26を有し、内面26と表裏の関係にある外面25には、所定の幅で薄肉部23の外周を囲むように、薄肉部23の厚みより大きな厚みを有する厚肉部24が設けられている。
また、薄肉部23の外面25は受圧面22となっており、薄肉部23の内面26には、ダイアフラム20の平面視において受圧面22と重なる大きさの導電層21が設けられている。
ダイアフラム20は、略平坦な内面26を有し、内面26と表裏の関係にある外面25には、所定の幅で薄肉部23の外周を囲むように、薄肉部23の厚みより大きな厚みを有する厚肉部24が設けられている。
また、薄肉部23の外面25は受圧面22となっており、薄肉部23の内面26には、ダイアフラム20の平面視において受圧面22と重なる大きさの導電層21が設けられている。
本実施形態において、導電層21の形状は、平面視において受圧面22と重なる大きさを一例として説明したが、この形状に限定するものではない。導電層21は、平面視における形状が、例えば、受圧面22より小さくてもよい。
本実施形態において、ダイアフラム20の形状は、平面視において略四角形を一例として説明したが、この形状に限定するものではない。ダイアフラム20は、板状であればよく、平面視における形状が、例えば、円形や楕円形、あるいは、四角形以外の多角形であってもよい。
導電層21、ベース電極31、及びベース電極32は、下地層としてクロム(Cr)層が形成されており、その上面に金(Au)層が形成された構成が用いられている。なお、クロム層、金層は、蒸着法等によって形成することが好適である。
図3(a)は、物理量検出器10における接合材28の配置を示す平面図であり、図3(b)は、図3(a)のS−S断面における側断面の拡大図である。図3(a)において、ハッチングで表した部分は、接合材28の平面的な配置領域を示している。また、ダイアフラム20の外形、及び形状は、2点鎖線で示している。
接合材28は、ベース部50の上端面53において、ダイアフラム20の外周に沿った額縁状に設けられている。更に接合材28の外周端が、平面視においてダイアフラム20の外形よりも一回り大きい形状となるよう設けられている。また、接合材28の一部は、ダイアフラム20の外面25の外周端面の側壁に設けられている。
図3(b)に示すように、断面視において、ダイアフラム20の内面26と、ベース部50の上端面53とは、互いに対向して配置され、接合材28で接続し、気密空間40を構成している。また、接合材28は、ダイアフラム20の外面25の外周端面と、ベース部50の上端面53との接触部を覆うように、ダイアフラム20の外面25の外周端面の側壁に連続した形状で、例えば、L字状(鈎状)に設けられている。
このことから、接合材28は、ダイアフラム20の外面25の外周端面の側壁と、ベース部50とを接続し、本実施形態の物理量検出器10に外力が加わった場合に、ダイアフラム20と、ベース部50との面内方向の剥離に対する補強が行える。
本実施形態の接合材28は、低融点ガラス等が用いられている。
本実施形態の接合材28は、低融点ガラス等が用いられている。
上述したように、ダイアフラム20と、ベース部50の上端面53とは、接合材28によって気密封止され、ダイアフラム20と、ベース部50との間に、気密空間40が構成される。気密空間40の内部には、ダイアフラム20の導電層21と、ベース部50のベース電極31、及びベース電極32とが、離間して互いに対向して配置されている。
気密空間40は、気密の空間であり、内部圧力を所望の気圧に設定できる。例えば、気密空間40に窒素を充填し大気圧としたり、真空(通常の大気圧より低い圧力(1×105Pa〜1×10-10Pa以下(JIS Z 8126−1:1999))の気体で満たされた空間の状態)としたりすることで、加熱や冷却による熱の対流、及び伝導等を抑え、気密空間40を一定の状態に保つことができる。本実施形態の気密空間40は、真空に設定されているものとする。
導電層21と、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)とが、離間して互いに対向し、平面視で重なるように配置されることにより、導電層21と、複数のベース電極30との間に生じる静電容量を、複数のベース電極30から検出することができる。
詳しくは、導電層21とベース電極31の間に生じる静電容量をベース電極31が、導電層21とベース電極32の間に生じる静電容量をベース電極32が検出する。例えば、圧力によってダイアフラム20に変位が生じると、導電層21と、複数のベース電極30との間隔も付随して変位する。そのため、導電層21と、複数のベース電極30との間の静電容量が変化する。この静電容量を複数のベース電極30から検出することができる。
複数のベース電極30が検出した静電容量は、複数のベース電極30から、ベース基板51に設けられたスルーホール(図示せず)などの手段で導通接続され、実装面56の外部端子61から取り出すことができる。
詳しくは、導電層21とベース電極31の間に生じる静電容量をベース電極31が、導電層21とベース電極32の間に生じる静電容量をベース電極32が検出する。例えば、圧力によってダイアフラム20に変位が生じると、導電層21と、複数のベース電極30との間隔も付随して変位する。そのため、導電層21と、複数のベース電極30との間の静電容量が変化する。この静電容量を複数のベース電極30から検出することができる。
複数のベース電極30が検出した静電容量は、複数のベース電極30から、ベース基板51に設けられたスルーホール(図示せず)などの手段で導通接続され、実装面56の外部端子61から取り出すことができる。
このような構成とすることにより、物理量検出器10は、加えられた物理量、例えば圧力によって、導電層21と、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)との間隔が変位し、導電層21と、複数のベース電極30との間の静電容量の変化として圧力を検出することができる。
ここで、物理量検出器10の動作について説明する。
図4(a)、(b)は、図1のP−P断面におけるダイアフラム20の動作を示す図であり、加えられた物理量による物理量検出器10の動作の状態を示している。
図4(a)、(b)は、図1のP−P断面におけるダイアフラム20の動作を示す図であり、加えられた物理量による物理量検出器10の動作の状態を示している。
物理量検出器10が真空中に配置されている場合、物理量、例えば外部の圧力(外部の気圧)が受圧面22に加わっていない状態、言い換えると外部の圧力と、気密空間40の内部圧力とが釣り合った状態では、図4(a)に示すようにダイアフラム20は、撓んでいない(変形していない)。しかし、物理量検出器10が大気圧(1標準気圧 101325Pa)中に配置されている場合、物理量、例えば外部の圧力が受圧面22に加わっている状態、言い換えると外部の圧力が気密空間40の内部圧力より高い状態では、図4(b)に示すように、ダイアフラム20は、内面26側に差圧分だけ撓む(変形する)。
このように、外部の圧力の変化により、気密空間40を挟んで互いに対向して配置されたダイアフラム20と、ベース部50(図2参照)との間隔が変位する。この間隔の変位によって、導電層21とベース電極31、及び導電層21とベース電極32、のそれぞれの間隔も変位することから、導電層21と、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)との間のそれぞれの静電容量が変化する。この変化した静電容量に基づいて外部の圧力値を算出することが可能となる。
ベース電極31と、導電層21との対向する部分の面積がS1の時の静電容量(コンデンサー)をC1とし、ベース電極32と、導電層21との対向する部分の面積がS2の時の静電容量(コンデンサー)をC2とする。導電層21と、ベース電極31、及びベース電極32との間に生じる静電容量は、下記式で表される。
C1=ε・(S1/d)
C2=ε・(S2/d)
(ε:誘電体の誘電率、d:導電層21と、導電層21と対向するベース電極との間隔)
C1=ε・(S1/d)
C2=ε・(S2/d)
(ε:誘電体の誘電率、d:導電層21と、導電層21と対向するベース電極との間隔)
つまり、導電層21と、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)との間隔dを狭く設定すると、静電容量C1、及び静電容量C2が大きくなり、間隔dを広く設定すると、静電容量C1、及び静電容量C2が小さくなる。あるいは、対向する導電層21と、複数のベース電極30との対向面積S1、及び対向面積S2を大きくすると、静電容量C1、及び静電容量C2が大きくなり、対向面積S1、及び対向面積S2を小さくすると、静電容量C1、及び静電容量C2が小さくなるという性質を有する。
この物理量検出器10の静電容量をCsとすると、静電容量Csは、静電容量C1と、静電容量C2との合成容量となる。
ここで、物理量検出器10の静電容量Csについて、図5(a)、(b)を用いて説明する。図5(a)は、図2のQ−Q断面における断面図、図5(b)は、図5(a)の等価回路図である。
図5に示す物理量検出器10は、ベース電極31、及びベース電極32がベース部50に設けられており、導電層21(図示せず)と、ベース電極31との間には、コンデンサーC1が形成され、導電層21(図示せず)と、ベース電極32との間には、コンデンサーC2が形成されている。
ここで、物理量検出器10の静電容量Csについて、図5(a)、(b)を用いて説明する。図5(a)は、図2のQ−Q断面における断面図、図5(b)は、図5(a)の等価回路図である。
図5に示す物理量検出器10は、ベース電極31、及びベース電極32がベース部50に設けられており、導電層21(図示せず)と、ベース電極31との間には、コンデンサーC1が形成され、導電層21(図示せず)と、ベース電極32との間には、コンデンサーC2が形成されている。
物理量検出器10に生じる静電容量Csは、コンデンサーC1と、コンデンサーC2との合成された容量となり、下記式で表わされる。
Cs=1/(1/C1+1/C2)
Cs=1/(1/C1+1/C2)
(ベース電極の変形例1)
ベース電極の変形例1について、図6を用いて説明する。図6(a)は、図2のQ−Q断面における断面図、図6(b)は、図6(a)の等価回路図を示している。
図6に示す物理量検出器10は、図5(a)で示したベース電極31と、ベース電極32を等分に二分割した、略正方形のベース電極31、ベース電極32、ベース電極33、及びベース電極34が、ベース部50に設けられている。また、電位の差を互いに有するベース電極31、ベース電極32、ベース電極33、及びベース電極34(複数のベース電極30ともいう)は、互いに導通接続されている。
図6に示すように、導電層21(図示せず)と、複数のベース電極30との間には、複数のコンデンサーC1a、C2a、C3a、C4aが形成されている。
ベース電極の変形例1について、図6を用いて説明する。図6(a)は、図2のQ−Q断面における断面図、図6(b)は、図6(a)の等価回路図を示している。
図6に示す物理量検出器10は、図5(a)で示したベース電極31と、ベース電極32を等分に二分割した、略正方形のベース電極31、ベース電極32、ベース電極33、及びベース電極34が、ベース部50に設けられている。また、電位の差を互いに有するベース電極31、ベース電極32、ベース電極33、及びベース電極34(複数のベース電極30ともいう)は、互いに導通接続されている。
図6に示すように、導電層21(図示せず)と、複数のベース電極30との間には、複数のコンデンサーC1a、C2a、C3a、C4aが形成されている。
物理量検出器10に生じる静電容量Caは、複数のコンデンサーC1a、C2a、C3a、C4aの合成された容量となり、下記式で表わされる。
Ca=1/(1/(C1a+C3a)+1/(C2a+C4a))
Ca=1/(1/(C1a+C3a)+1/(C2a+C4a))
(ベース電極の変形例2)
ベース電極の変形例2について、図7を用いて説明する。図7(a)は、図2のQ−Q断面における断面図、図7(b)は、図7(a)の等価回路図を示している。
図7に示す物理量検出器10は、図5(a)で示したベース電極31と、ベース電極32を短手方向において等分に四分割した、略長方形のベース電極31、ベース電極32、ベース電極33、ベース電極34、ベース電極35、ベース電極36、ベース電極37、及びベース電極38が、ベース部50に設けられている。また、電位の差を互いに有するベース電極31、ベース電極32、ベース電極33、ベース電極34、ベース電極35、ベース電極36、ベース電極37、及びベース電極38(複数のベース電極30ともいう)は、互いに導通接続されている。
図7に示すように、導電層21(図示せず)と、複数のベース電極30との間には、複数のコンデンサーC1b、C2b、C3b、C4b、C5b、C6b、C7b、C8bが形成されている。
ベース電極の変形例2について、図7を用いて説明する。図7(a)は、図2のQ−Q断面における断面図、図7(b)は、図7(a)の等価回路図を示している。
図7に示す物理量検出器10は、図5(a)で示したベース電極31と、ベース電極32を短手方向において等分に四分割した、略長方形のベース電極31、ベース電極32、ベース電極33、ベース電極34、ベース電極35、ベース電極36、ベース電極37、及びベース電極38が、ベース部50に設けられている。また、電位の差を互いに有するベース電極31、ベース電極32、ベース電極33、ベース電極34、ベース電極35、ベース電極36、ベース電極37、及びベース電極38(複数のベース電極30ともいう)は、互いに導通接続されている。
図7に示すように、導電層21(図示せず)と、複数のベース電極30との間には、複数のコンデンサーC1b、C2b、C3b、C4b、C5b、C6b、C7b、C8bが形成されている。
物理量検出器10に生じる静電容量Cbは、複数のコンデンサーC1b、C2b、C3b、C4b、C5b、C6b、C7b、C8bの合成された容量となり、下記式で表わされる。
Cb=1/(1/(C1b+C3b+C5b+C7b)+1/(C2b+C4b+C6b+C8b))
Cb=1/(1/(C1b+C3b+C5b+C7b)+1/(C2b+C4b+C6b+C8b))
このように、物理量検出器10の複数のベース電極30の数、及び複数のベース電極30の面積を変化させたり、例えば、対向する導電層21の面積を変化させたり(図示せず)することで、複数のベース電極30と、導電層21との間に生じる静電容量の調整が行える。
詳しくは、上述したように、導電層21と、複数のベース電極30とのそれぞれの対向面積を広くしたり、狭くしたりすることで静電容量を変化させることができる。物理量検出器10の受圧面22の感度の調整、及び物理量検出器10の使用用途に合わせて、導電層21と、複数のベース電極30との面積を変化させて、静電容量の調整を行うことができる。
詳しくは、上述したように、導電層21と、複数のベース電極30とのそれぞれの対向面積を広くしたり、狭くしたりすることで静電容量を変化させることができる。物理量検出器10の受圧面22の感度の調整、及び物理量検出器10の使用用途に合わせて、導電層21と、複数のベース電極30との面積を変化させて、静電容量の調整を行うことができる。
ここで、本実施形態のダイアフラム20を構成する材料について説明する。ダイアフラム20を構成する材料としては、水晶材料を使用することが好ましい。水晶は、ダイアフラム20の薄肉部23の肉厚を厳密に管理することが容易であり、個片毎に、薄肉部23が均一な板厚のダイアフラム20を得ることができる。即ち、ダイアフラム20を目標の肉厚に加工するためには、まず水晶に対するエッチングによって、ダイアフラム20を形成する。形成されたダイアフラム20に電極を付着させて通電し、ダイアフラム20の薄肉部23の固有周波数を測定することにより目標周波数(目標肉厚)と比較する。目標周波数と一致しない場合には、目標周波数に達するまで微調エッチングを行う。その結果、個片毎に均一板厚の薄肉部23を得ることができる。使用する水晶材料としては、厚みすべりモードを有する材料、例えばATカット水晶が好ましい。
上記実施形態に示した如き薄肉部23を備えたダイアフラム20を製造する場合には、ウェットエッチングによる方法が好ましい。ガスエッチング等のドライエッチング法によっても製造は可能であるが、生産性を考慮した場合にはウェットエッチングが有効である。この場合、ウェットエッチングによるエッチング速度に対して異方性を有する材料を使用することが好ましい。
このような異方性を有する材料としては、水晶材料、特にATカット水晶を使用することが好ましい。即ち、水晶は、温度変化に対して安定した物質である一方で、ウェットエッチングによるエッチング速度に対して異方性を有しているため、ダイアフラム20を容易に製造することができる。さらに、ダイアフラム20を、ATカット水晶等の厚みすべりモードを有する材料にて構成する場合には、異方性による利点に加えて、厚みを周波数換算してモニタリングすることが可能であるため、薄肉部23を精度良く加工することができる。
このような異方性を有する材料としては、水晶材料、特にATカット水晶を使用することが好ましい。即ち、水晶は、温度変化に対して安定した物質である一方で、ウェットエッチングによるエッチング速度に対して異方性を有しているため、ダイアフラム20を容易に製造することができる。さらに、ダイアフラム20を、ATカット水晶等の厚みすべりモードを有する材料にて構成する場合には、異方性による利点に加えて、厚みを周波数換算してモニタリングすることが可能であるため、薄肉部23を精度良く加工することができる。
また、ダイアフラム20の構成する材料を上記実施形態の一例として説明したが、この構成に限定するものではない。例えば、金属で枠状に構成された厚肉部24を用い、上述した薄肉部23を厚肉部24の金属枠内に、はめ込み固定する構成であってもよい。
以上述べたように、第1実施形態に係る物理量検出器10によれば、以下の効果を得ることができる。
第1実施形態によれば、ダイアフラム20と、ベース部50(上端面53)とが、接合材28によって面接続されている。さらに、ダイアフラム20の外周端面からダイアフラム20とベース部50との接触部まで接合材28が設けられており、前述の面接続部分の接合材28と連続している。
このように、接合材28は、ダイアフラム20と、ベース部50との接続を上端面53、及び外周端面の側壁側から補強し、ダイアフラム20と、ベース部50とを気密封止させることができる。換言すれば、気密空間40の信頼性(気密性)と、耐衝撃性とを両立させた物理量検出器10を提供することができる。
このように、接合材28は、ダイアフラム20と、ベース部50との接続を上端面53、及び外周端面の側壁側から補強し、ダイアフラム20と、ベース部50とを気密封止させることができる。換言すれば、気密空間40の信頼性(気密性)と、耐衝撃性とを両立させた物理量検出器10を提供することができる。
また、ダイアフラム20の導電層21と複数のベース電極30とが気密空間40を挟んで互いに対向するように配置されており、物理量検出器10に物理量、例えば圧力が加わると、ダイアフラム20(薄肉部23)が変位し、導電層21も付随して変位する。このように、物理量が加わると、導電層21と、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)との間隔が変位するため、圧力に比例した静電容量の変化が検出できる。
また、静電容量は、複数のベース電極30(例えば、ベース電極31、及びベース電極32)とベース基板51に設けられたスルーホール(図示せず)などの手段で導通接続された実装面56の外部端子61から取り出される。このように、静電容量を気密空間40、接合材28、及びダイアフラム20の導電層21を介して取り出す必要がない。そのために、ダイアフラム20と、ベース部50との間に設けられた接合材28に隙間は生じず、気密空間40の保持が可能であり、静電容量の検知、及び圧力値の測定が可能な物理量検出器10を提供することができる。
また、複数のベース電極30の数、及び複数のベース電極30の面積を変化させたり、対向する導電層21の面積を変化させたりすることで、複数のベース電極30と、導電層21との間に生じる静電容量の調整が行える。詳しくは、導電層21と、複数のベース電極30とのそれぞれの対向面積を広くしたり、狭くしたりすることで静電容量を変化させることができる。物理量検出器10の受圧面22の感度の調整、及び物理量検出器10の使用用途に伴い、導電層21と、複数のベース電極30の面積を変化させて、静電容量の調整を行うことができる。
また、ダイアフラム20の薄肉部23の形状が安定しているために、薄肉部23に形成されている受圧面22の面積も安定し、付随して動く導電層21の動作も正確になる。受圧面22に物理量、例えば圧力が加わった場合には、導電層21と、互いに対向に配置された複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)との間の静電容量を正確に検出する物理量検出器10を提供することができる。
(第2実施形態)
《構成》
まず、図1、及び図8(a)、(b)を用いて第2実施形態の物理量検出器の概略構成について説明する。
図1は、第2実施形態の物理量検出器の斜視図であり、図8(a)は、図1のP−P断面における断面図、図8(b)は、図8(a)のT−T断面における断面図である。
《構成》
まず、図1、及び図8(a)、(b)を用いて第2実施形態の物理量検出器の概略構成について説明する。
図1は、第2実施形態の物理量検出器の斜視図であり、図8(a)は、図1のP−P断面における断面図、図8(b)は、図8(a)のT−T断面における断面図である。
本実施形態の物理量検出器10aについて説明する。なお、説明にあたり、上述した第1実施形態の構成部位と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。物理量検出器10aは、第1実施形態に係る物理量検出器10に、電子部品41、及び搭載板63などを含んで構成されている。
物理量検出器10aは、ベース部50と、ダイアフラム20とを含んで構成されている。
物理量検出器10aは、ベース部50と、ダイアフラム20とを含んで構成されている。
ベース部50は、ベース基板51と、壁部52とを含んで構成されている。本実施形態においては、ダイアフラム20側からベース基板51を見ることを平面視として説明する。
ベース基板51は、平面視において略四角形の板状である。壁部52は、平面視において中央部に貫通部を有した筒状であり、なお且つ、貫通部の内壁から中央部に向けて突出した少なくともひとつの階段状の段差部62を有した構成をしている。壁部52には、上端面53が設けられている。
ベース基板51は、平面視において略四角形の板状である。壁部52は、平面視において中央部に貫通部を有した筒状であり、なお且つ、貫通部の内壁から中央部に向けて突出した少なくともひとつの階段状の段差部62を有した構成をしている。壁部52には、上端面53が設けられている。
壁部52は、ベース基板51の上面の外周部に沿ってベース基板51に接続されている。ベース部50には、ベース基板51と、壁部52とによって、凹部58が形成されており、壁部52に囲まれているベース基板51の上面(以降、収容面55という。)には、後述する電子部品41が設けられている。壁部52の段差部62の上面には、収容面55を覆うように搭載板63が設けられている。搭載板63は、平面視において略四角形の板状であり、接着剤などで段差部62に接続されている。搭載板63の上面には、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)が設けられている。
なお、本実施形態に係るベース電極31、及びベース電極32は、互いに異なる電位を有しているものとして説明する。
なお、本実施形態に係るベース電極31、及びベース電極32は、互いに異なる電位を有しているものとして説明する。
ダイアフラム20と、ベース部50の上端面53とは、接合材28によって気密に接続され、ダイアフラム20と、ベース部50との間に、気密空間40が構成されている。気密空間40の内部には、ダイアフラム20の導電層21と、搭載板63の複数のベース電極30とが、離間して互いに対向して配置され、収容面55に電子部品41が設けられている。
ベース基板51における収容面55の反対側の面(以降、実装面56という。)には、面実装用の複数の外部端子61が設けられている。ベース電極31、及びベース電極32は、スルーホール(図示せず)や電子部品41、入力端子44、出力端子47等を介して実装面56の外部端子61に導通接続されている。
ベース部50を構成しているベース基板51、及び壁部52の材質としては、水晶、ガラス、セラミックなどの絶縁材料を用いることができる。
本実施形態において、搭載板63の材質は、セラミックなどの絶縁材料を用いることができる。搭載板63の形状は、平面視において略四角形を一例として説明したが、この形状に限定するものではない。搭載板63は、板状であればよく、平面視における形状が、例えば、円形や楕円形、あるいは、四角形以外の多角形であってもよい。
本実施形態において、導電層21、及び複数のベース電極30の構成は、第1実施形態の導電層21、複数のベース電極30の形成方法と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、ベース基板51の平面視における形状は、第1実施形態のベース基板51の平面視の形状と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、ダイアフラム20の平面視における形状は、第1実施形態のダイアフラム20の平面視の形状と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、ダイアフラム20の構成は、第1実施形態のダイアフラム20の構成と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、ダイアフラム20の材料は、第1実施形態のダイアフラム20の材料と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、接合材28による接合方法は、第1実施形態の接合材28による接合方法と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、気密空間40の内部雰囲気は、第1実施形態の気密空間40の内部雰囲気と同一であるため説明は省略する。
電子部品41は、例えば、ベアチップである。電子部品41の一方の面(表面)は、複数の入力電極45(入力電極45a、入力電極45b、及び入力電極45c)と、複数の出力電極46(出力電極46a、出力電極46b、及び出力電極46c)とが設けられている。電子部品41の他方の面(裏面)は、ベース基板51の収容面55と対向するように接着剤などで接続されている。
ベース基板51の収容面55には、複数のベース電極30から、搭載板63、壁部52の段差部62、及びベース基板51に設けられたスルーホール(図示せず)などの手段で導通接続された複数の入力端子44(入力端子44a、入力端子44b、及び入力端子44c)と、実装面56の外部端子61から、スルーホール(図示せず)などの手段で導通接続された複数の出力端子47(出力端子47a、出力端子47b、及び出力端子47c)とが設けられている。
ベース基板51の収容面55には、複数のベース電極30から、搭載板63、壁部52の段差部62、及びベース基板51に設けられたスルーホール(図示せず)などの手段で導通接続された複数の入力端子44(入力端子44a、入力端子44b、及び入力端子44c)と、実装面56の外部端子61から、スルーホール(図示せず)などの手段で導通接続された複数の出力端子47(出力端子47a、出力端子47b、及び出力端子47c)とが設けられている。
収容面55に設けられた複数の入力端子44、及び複数の出力端子47と、電子部品41に設けられた複数の入力電極45、及び複数の出力電極46とは、下地層としてクロム(Cr)層が形成されており、その上面に金(Au)層が形成された構成が用いられている。なお、クロム層、金層は、蒸着法などによって形成することが好適である。
収容面55の複数の入力端子44と、電子部品41の複数の入力電極45とは、接続手段であるワイヤー43で接続されている。詳しくは、入力端子44aと入力電極45aとが、入力端子44bと入力電極45bとが、入力端子44cと入力電極45cとが、それぞれワイヤー43で導通接続されている。
複数の出力端子47と、複数の出力電極46とは、接続手段であるワイヤー43で接続されている。詳しくは、出力端子47aと出力電極46aとが、出力端子47bと出力電極46bとが、出力端子47cと出力電極46cとが、それぞれワイヤー43で導通接続されている。
なお、ワイヤー43は、接続手段であり、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)などの金属が用いられたボンディングワイヤーなどを用いるのが好適としている。
本実施形態では、ベース電極31、ベース電極32、入力端子44a、入力端子44b、入力電極45a、入力電極45b、出力端子47a、及び出力電極46aを使用した構成で説明する。
複数の出力端子47と、複数の出力電極46とは、接続手段であるワイヤー43で接続されている。詳しくは、出力端子47aと出力電極46aとが、出力端子47bと出力電極46bとが、出力端子47cと出力電極46cとが、それぞれワイヤー43で導通接続されている。
なお、ワイヤー43は、接続手段であり、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)などの金属が用いられたボンディングワイヤーなどを用いるのが好適としている。
本実施形態では、ベース電極31、ベース電極32、入力端子44a、入力端子44b、入力電極45a、入力電極45b、出力端子47a、及び出力電極46aを使用した構成で説明する。
ここで、電子部品41などを収容面55に搭載する方法について説明する。収容面55に設けられている複数の入力端子44、及び複数の出力端子47と、電子部品41と、電子部品41に設けられている入力電極45、及び出力電極46と、ワイヤー43とは、樹脂42で覆われている。樹脂42で覆われた部分は、衝撃、及び温度などの影響を抑制できる。本実施形態において、樹脂42は、エポキシなどの樹脂材料を用いることができる。本実施形態において、電子部品41などの搭載方法は、チップオンボード工法を用いるのが好適である。
ここで、物理量検出器10aの動作について説明する。
図4(a)、(b)は、図1のP−P断面におけるダイアフラム20の動作を示す拡大図であり、加えられた物理量による物理量検出器10aの動作の状態を示している。
本実施形態に係る物理量検出器10aの動作は、第1実施形態の物理量検出器10の動作と同一であるため説明は省略する。
図4(a)、(b)は、図1のP−P断面におけるダイアフラム20の動作を示す拡大図であり、加えられた物理量による物理量検出器10aの動作の状態を示している。
本実施形態に係る物理量検出器10aの動作は、第1実施形態の物理量検出器10の動作と同一であるため説明は省略する。
この物理量検出器10aの静電容量をCsとすると、静電容量Csは、以下のとおりになる。導電層21と、ベース電極31との間の静電容量をC1とする。導電層21と、ベース電極32との間の静電容量をC2とする。静電容量Csは、静電容量C1と、静電容量C2との合成容量となる。
なお、本実施形態に係る物理量検出器10aの静電容量Csは、第1実施形態の物理量検出器10の静電容量Csと同一であるため説明は省略する。
また、複数のベース電極30を用いた静電容量の合成方法は、第1実施形態の物理量検出器10の変形例1、及び変形例2と同一であるため説明は省略する。
なお、本実施形態に係る物理量検出器10aの静電容量Csは、第1実施形態の物理量検出器10の静電容量Csと同一であるため説明は省略する。
また、複数のベース電極30を用いた静電容量の合成方法は、第1実施形態の物理量検出器10の変形例1、及び変形例2と同一であるため説明は省略する。
ダイアフラム20の導電層21と、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)との間で検出した静電容量は、収容面55の複数の入力端子44(入力端子44a、及び入力端子44b)、及びワイヤー43を介して、電子部品41の複数の入力電極45(入力電極45a、及び入力電極45b)に導通接続された電子部品41に取り込まれる。電子部品41は、取り込んだ静電容量を、例えば、電圧値などを含んだ数値、及び電気信号に変換する機能を有している。電子部品41は、取り込んだ静電容量を変換した数値、及び電気信号を出力電極46aに出力し、ワイヤー43、及び出力端子47aを介して実装面56の外部端子61から取り出すことができる。
以上述べたように、第2実施形態に係る物理量検出器10aによれば、第1実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
第2実施形態によれば、ダイアフラム20と、ベース部50との接続は、第1実施形態のダイアフラム20と、ベース部50との接続と同一である。従って、ダイアフラム20と、ベース部50(上端面53)とを接合材28で接続することで、気密空間40の保持と、耐衝撃性とを兼ね備えた物理量検出器10aを提供することができる。
また、第2実施形態によれば、物理量検出器10aに物理量、例えば、圧力が加わると、ダイアフラム20(薄肉部23)が変位し、導電層21も付随して変位する。このように、物理量が加わると、導電層21と、複数のベース電極30との間隔が変位するため、圧力に比例した静電容量の変化が検出できる。検出した静電容量は、電子部品41に取り込まれ、数値などに変換される。変換された数値などは、実装面56の外部端子61から取り出すことができる。静電容量は、実装面56の外部端子61から数値などとして取り出される。そのために、ダイアフラム20と、ベース部50との間に設けられた接合材28との間に隙間は生じず、気密空間40の保持が可能であり、静電容量の検知、及び圧力値の測定が可能な物理量検出器10aを提供することができる。
(第3実施形態)
《構成》
まず、図1、及び図9(a)、(b)を用いて第3実施形態の物理量検出器の概略構成について説明する。
図1は、第3実施形態の物理量検出器の斜視図であり、図9(a)は、図1のP−P断面における断面図、図9(b)は、図9(a)のU−U断面における断面図である。
《構成》
まず、図1、及び図9(a)、(b)を用いて第3実施形態の物理量検出器の概略構成について説明する。
図1は、第3実施形態の物理量検出器の斜視図であり、図9(a)は、図1のP−P断面における断面図、図9(b)は、図9(a)のU−U断面における断面図である。
本実施形態の物理量検出器10bについて説明する。なお、説明にあたり、上述した第1実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。物理量検出器10bは、第1実施形態に係る物理量検出器10に対して、電子部品48などを含んで構成されている。
物理量検出器10bは、ベース部50と、ダイアフラム20とを含んで構成されている。本実施形態において、ベース部50の構成は、第1実施形態のベース部50の構成と同一であるため説明は省略する。
物理量検出器10bは、ベース部50と、ダイアフラム20とを含んで構成されている。本実施形態において、ベース部50の構成は、第1実施形態のベース部50の構成と同一であるため説明は省略する。
本実施形態においては、ダイアフラム20側からベース基板51を見ることを平面視として説明する。
ベース基板51は、平面視において略四角形の板状である。壁部52は、平面視において中央部に貫通部を有した筒状で、ベース基板51の外周部に沿ってベース基板51に接続されている。壁部52には、上端面53が設けられている。ベース部50には、ベース基板51と、壁部52とによって、凹部58が構成されている。また、ベース基板51の上面(以降、収容面55という。)には、複数の内部金属膜59が設けられている。
ベース基板51は、平面視において略四角形の板状である。壁部52は、平面視において中央部に貫通部を有した筒状で、ベース基板51の外周部に沿ってベース基板51に接続されている。壁部52には、上端面53が設けられている。ベース部50には、ベース基板51と、壁部52とによって、凹部58が構成されている。また、ベース基板51の上面(以降、収容面55という。)には、複数の内部金属膜59が設けられている。
本実施形態において、ベース基板51の平面視における形状は、第1実施形態のベース基板51の平面視の形状と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、ベース基板51の構成は、第1実施形態のベース基板51の構成と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、ダイアフラム20の平面視における形状は、第1実施形態のダイアフラム20の平面視の形状と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、ダイアフラム20の構成は、第1実施形態のダイアフラム20の構成と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、ダイアフラム20の材料は、第1実施形態のダイアフラム20の材料と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、接合材28による接合方法は、第1実施形態の接合材28による接合方法と同一であるため説明は省略する。
本実施形態において、気密空間40の構成は、第1実施形態の気密空間40の構成と同一であるため説明は省略する。
凹部58には、電子部品48が設けられており、例えば、ベアチップである電子部品48を、フリップチップ実装を用いて収容面55に接続している。
詳しくは、電子部品48の一方の面(表面)に設けられた複数のパッド部49と、収容面55の複数の内部金属膜59とを対向させ、位置を合わせて導電接続する。これにより、複数の内部金属膜59と、複数のパッド部49とは、電気的に接続するとともに、収容面55に電子部品48を固定することができる。収容面55に電子部品48を固定することで、衝撃による影響が抑制される。
詳しくは、電子部品48の一方の面(表面)に設けられた複数のパッド部49と、収容面55の複数の内部金属膜59とを対向させ、位置を合わせて導電接続する。これにより、複数の内部金属膜59と、複数のパッド部49とは、電気的に接続するとともに、収容面55に電子部品48を固定することができる。収容面55に電子部品48を固定することで、衝撃による影響が抑制される。
収容面55に接続されている電子部品48の一方の面と表裏の関係にある他方の面には、入力電極45a、及び入力電極45bと、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)が設けられている。詳しくは、導電性接着剤などで、ベース電極31と、入力電極45aとが導通接続され、ベース電極32と、入力電極45bとが、導通接続されている(図示せず)。収容面55に設けられた複数の内部金属膜59は、スルーホール(図示せず)などで実装面56の外部端子61に接続されている。
なお、本実施形態において、ベース電極31、及びベース電極32は、互いに異なる電位を有しているものとして説明する。
本実施形態において、導電層21、ベース電極31、及びベース電極32の構成は、第1実施形態の導電層21、ベース電極31、及びベース電極32の構成と同一であるため説明は省略する。
収容面55に設けられた内部金属膜59は、下地層としてクロム(Cr)層が形成されており、その上面に金(Au)層が形成された構成が用いられている。なお、クロム層、金層は、蒸着法などによって形成することが好適である。電子部品48に設けられたパッド部49は、銅、アルミ、及びはんだボールなどの導電性材料を含む金属突起で形成されている。
ここで、物理量検出器10bの動作について説明する。
図4(a)、(b)は、図1のP−P断面におけるダイアフラム20の動作を示す拡大図であり、加えられた物理量による物理量検出器10bの動作の状態を示している。
本実施形態に係る物理量検出器10bの動作は、第1実施形態の物理量検出器10の動作と同一であるため説明は省略する。
図4(a)、(b)は、図1のP−P断面におけるダイアフラム20の動作を示す拡大図であり、加えられた物理量による物理量検出器10bの動作の状態を示している。
本実施形態に係る物理量検出器10bの動作は、第1実施形態の物理量検出器10の動作と同一であるため説明は省略する。
この物理量検出器10bの静電容量をCsとすると、静電容量Csは、以下のとおりになる。導電層21と、ベース電極31との間の静電容量をC1とする。導電層21と、ベース電極32との間の静電容量をC2とする。静電容量Csは、静電容量C1と、静電容量C2との合成容量となる。
本実施形態に係る物理量検出器10bの静電容量Csは、第1実施形態の物理量検出器10の静電容量Csと同一であるため説明は省略する。
なお、複数のベース電極30を用いた静電容量の合成方法は、第1実施形態の複数のベース電極30を用いた静電容量の合成方法と同一であるため説明は省略する。
本実施形態に係る物理量検出器10bの静電容量Csは、第1実施形態の物理量検出器10の静電容量Csと同一であるため説明は省略する。
なお、複数のベース電極30を用いた静電容量の合成方法は、第1実施形態の複数のベース電極30を用いた静電容量の合成方法と同一であるため説明は省略する。
ダイアフラム20の導電層21と、複数のベース電極30(ベース電極31、及びベース電極32)との間で検出した静電容量は、複数のベース電極30と接続された複数の入力電極45(入力電極45a、及び入力電極45b)を介して、電子部品48に取り込まれる。電子部品48は、取り込んだ静電容量を、例えば電圧値などを含んだ数値に変換する機能を有している。電子部品48は、取り込んだ静電容量を変換した数値を、スルーホール(図示せず)などを介して、実装面56の外部端子61に出力させることができる。
以上述べたように、第3実施形態に係る物理量検出器10bによれば、第1実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
第3実施形態によれば、ダイアフラム20と、ベース部50との接続は、第1実施形態のダイアフラム20と、ベース部50との接続と同一である。従って、ダイアフラム20と、ベース部50(上端面53)とを接合材28で接続することで、気密空間40の保持と、耐衝撃性とを兼ね備えた物理量検出器10bを提供することができる。
また、第3実施形態によれば、物理量検出器10bに物理量、例えば圧力が加わると、ダイアフラム20(薄肉部23)が変位し、導電層21も付随して変位する。このように、物理量が加わると、導電層21と、複数のベース電極30との間隔が変位するため、圧力に比例した静電容量の変化が検出できる。検出した静電容量は、電子部品48に取り込まれ、数値などに変換される。変換された数値などは、実装面56の外部端子61から取り出すことができる。そのために、ダイアフラム20と、ベース部50との間に設けられた接合材28との間に隙間は生じず、気密空間40の保持が可能であり、静電容量の検知、及び圧力値の測定が可能な物理量検出器10bを提供することができる。
なお、前述した実施形態では使用する水晶材料についてATカットを例に説明したが、これに限らず、ATカットと同様な厚みすべりモードを有する、例えばBTカット、あるいは、STカットのようなYカット群の水晶であってもよい。
《電子機器の構成》
次に、本発明の一実施形態に係る物理量検出器10を適用した電子機器の具体例について、図10〜図12に基づき、詳細に説明する。なお、説明では、物理量検出器10を適用した例を示している。
次に、本発明の一実施形態に係る物理量検出器10を適用した電子機器の具体例について、図10〜図12に基づき、詳細に説明する。なお、説明では、物理量検出器10を適用した例を示している。
図10は、本発明の一実施形態に係る物理量検出器10を備える電子機器としてのモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1000を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、気圧を検出する機能を備えた物理量検出器10が内蔵されている。
図11は、本発明の一実施形態に係る物理量検出器10を備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204、及び送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1000が配置されている。このような携帯電話機1200には、圧力計などとして機能する物理量検出器10が内蔵されている。
図12は、本発明の一実施形態に係る物理量検出器10を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、従来のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチールカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1000が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1000は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部1000に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ1300には、圧力計などとして機能する物理量検出器10が内蔵されている。
なお、本発明の一実施形態に係る物理量検出器10は、図10のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図11の携帯電話機、図12のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、スマートフォン、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、水位計、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーターなどの電子機器に適用することができる。
以上、本発明のモジュール、及び電子機器について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これ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、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
《移動体》
図13は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1506には本発明の一実施形態に係る物理量検出器10が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車1506には、物理量検出器10を内蔵してタイヤ1509などを制御する電子制御ユニット1508が車体1507に搭載されている。
また、物理量検出器10は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、などの電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
図13は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1506には本発明の一実施形態に係る物理量検出器10が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車1506には、物理量検出器10を内蔵してタイヤ1509などを制御する電子制御ユニット1508が車体1507に搭載されている。
また、物理量検出器10は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、などの電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
10、10a、10b…物理量検出器、20…ダイアフラム、21…導電層、22…受圧面、23…薄肉部、24…厚肉部、25…外面、26…内面、28…接合材、30…複数のベース電極、31〜38…ベース電極、40…気密空間、41…電子部品、42…樹脂、43…ワイヤー、44…複数の入力端子、44a、44b、44c…入力端子、45…複数の入力電極、45a、45b、45c…入力電極、46…複数の出力電極、46a、46b、46c…出力電極、47…複数の出力端子、47a、47b、47c…出力端子、48…電子部品、49…複数のパッド部、50…ベース部、51…ベース基板、52…壁部、53…上端面、55…収容面、56…実装面、58…凹部、59…内部金属膜、61…外部端子、62…段差部、63…搭載板、1100…パーソナルコンピューター、1200…携帯電話機、1300…デジタルスチールカメラ、1506…自動車。
Claims (8)
- 受圧面と、前記受圧面の裏面に配置されている導電層とを有するダイアフラムと、
前記導電層と離間して、前記導電層に対向するように配置されていて互いに異なる電位を有する複数のベース電極と、
前記ダイアフラムと接続され、前記ダイアフラムとともに気密空間を構成するベース部と、を備え、
前記複数のベース電極は、前記ベース部に固定され、前記ベース部の前記複数のベース電極が固定されている側の面とは異なる面に配置されている外部端子に電気的に接続していることを特徴とする物理量検出器。 - 前記気密空間は、真空であることを特徴とする請求項1に記載の物理量検出器。
- 前記気密空間側の前記ベース部には、電子部品が配置されていることを特徴とする請求項1、または2に記載の物理量検出器。
- 前記複数のベース電極は、前記電子部品を介して前記ベース部に固定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の物理量検出器。
- 前記ダイアフラムは、水晶を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の物理量検出器。
- 前記ダイアフラムの受圧面は、ATカット、BTカット、及びSTカットのいずれかの切断角度であることを特徴とする請求項5に記載の物理量検出器。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の物理量検出器を備え、物理的な変位を測定することを特徴とする変位量測定センサー。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の物理量検出器を備え、圧力を測定することを特徴とする圧力計。
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JP2013061546A JP2014185957A (ja) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | 物理量検出器、変位量測定センサー、及び圧力計 |
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WO2019098000A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2019-05-23 | オムロン株式会社 | 静電容量式圧力センサ |
-
2013
- 2013-03-25 JP JP2013061546A patent/JP2014185957A/ja active Pending
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JP2019090730A (ja) * | 2017-11-15 | 2019-06-13 | オムロン株式会社 | 静電容量式圧力センサ |
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