JP2018049037A - Pressure sensor, microphone, ultrasonic sensor, blood pressure sensor, and touch panel - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-sensitive pressure sensor.SOLUTION: A pressure sensor in one embodiment includes: a support part; a film part; and a magnetic resistance element. The film part is supported by the support part, is flexible, and includes a first area and a second area having rigidity lower than that of the first area. The magnetic resistance element is provided on the film part, and includes: a first magnetic layer; a second magnetic layer; and a spacer layer disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、圧力センサ、マイクロフォン、超音波センサ、血圧センサ及びタッチパネルに関する。   Embodiments described herein relate generally to a pressure sensor, a microphone, an ultrasonic sensor, a blood pressure sensor, and a touch panel.

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いた圧力センサには、例えば、圧電型、ピエゾ抵抗型、静電容量型などがある。一方、これらの型の圧力センサとは検出原理が異なる、スピン技術を用いた圧力センサが提案されている。スピン技術を用いた圧力センサにおいては、スピンバルブ歪み素子(磁気抵抗素子、MR素子などとも呼ばれる)により、外部圧力によって生じる異方性の歪みに応じた抵抗変化が検出される。スピン技術を用いた圧力センサにおいて、感度の向上が望まれている。   Examples of pressure sensors using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology include a piezoelectric type, a piezoresistive type, and a capacitance type. On the other hand, pressure sensors using a spin technique have been proposed that have different detection principles from these types of pressure sensors. In a pressure sensor using a spin technique, a resistance change corresponding to an anisotropic strain caused by an external pressure is detected by a spin valve strain element (also referred to as a magnetoresistive element or an MR element). In a pressure sensor using a spin technique, an improvement in sensitivity is desired.

Patrick R. Scheeper et al., “The Design, Fabrication, and Testing of Corrugated Silicon Nitride Diaphragms”, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol.3, No.1, March 1994, p.36-42Patrick R. Scheeper et al., “The Design, Fabrication, and Testing of Corrugated Silicon Nitride Diaphragms”, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol.3, No.1, March 1994, p.36-42

本発明が解決しようとする課題は、高感度の圧力センサ、マイクロフォン、超音波センサ、血圧センサ及びタッチパネルを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a highly sensitive pressure sensor, microphone, ultrasonic sensor, blood pressure sensor, and touch panel.

一実施形態に係る圧力センサは、支持部、膜部及び磁気抵抗素子を備える。膜部は、前記支持部によって支持され、可撓性を有するものであって、第1領域と、前記第1領域の剛性より低い剛性を有する第2領域と、を含む。磁気抵抗素子は、前記膜部に設けられ、第1磁性層、第2磁性層、及び前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に配置されたスペーサ層を含む。   A pressure sensor according to an embodiment includes a support part, a film part, and a magnetoresistive element. The film part is supported by the support part and has flexibility, and includes a first region and a second region having rigidity lower than that of the first region. The magnetoresistive element includes a first magnetic layer, a second magnetic layer, and a spacer layer disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer.

第1の実施形態に係る圧力センサを示す斜視図。The perspective view which shows the pressure sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る圧力センサを示す上面図。The top view which shows the pressure sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る圧力センサの断面図。Sectional drawing of the pressure sensor which concerns on 1st Embodiment. 図2に示したダイヤフラムの第1構造例を示す部分断面図。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a first structural example of the diaphragm shown in FIG. 2. 図2に示したダイヤフラムの第2構造例を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the 2nd structural example of the diaphragm shown in FIG. 図2に示したダイヤフラムの第3構造例を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the 3rd structural example of the diaphragm shown in FIG. 図1に示した磁気抵抗素子を示す斜視図。The perspective view which shows the magnetoresistive element shown in FIG. 第2の実施形態の第1例に係る圧力センサを示す上面図。The top view which shows the pressure sensor which concerns on the 1st example of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の第2例に係る圧力センサを示す上面図。The top view which shows the pressure sensor which concerns on the 2nd example of 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る圧力センサを示す上面図。The top view which shows the pressure sensor which concerns on 3rd Embodiment. 図3に示したダイヤフラムの第1構造例を示す部分断面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a first structural example of the diaphragm shown in FIG. 3. 図3に示したダイヤフラムの第2構造例を示す部分断面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a second structure example of the diaphragm shown in FIG. 3. 図3に示したダイヤフラムの第3構造例を示す部分断面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a third structure example of the diaphragm shown in FIG. 3. 第4の実施形態に係る圧力センサを示す上面図。The top view which shows the pressure sensor which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る圧力センサを示す上面図。The top view which shows the pressure sensor which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施形態に係る圧力センサを示す上面図。The top view which shows the pressure sensor which concerns on 6th Embodiment. 第7の実施形態に係る圧力センサを示す上面図。The top view which shows the pressure sensor which concerns on 7th Embodiment. 第8の実施形態に係るマイクロフォンを示す断面図。Sectional drawing which shows the microphone which concerns on 8th Embodiment. 図14に示したマイクロフォンが組み込まれた携帯情報端末を示す正面図。The front view which shows the portable information terminal with which the microphone shown in FIG. 14 was integrated. 第9の実施形態に係る血圧センサを示す断面図。Sectional drawing which shows the blood pressure sensor which concerns on 9th Embodiment. 第10の実施形態に係るタッチパネルを示すブロック図。The block diagram which shows the touchscreen which concerns on 10th Embodiment.

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。実施形態は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いた圧力センサ、並びに、その圧力センサを用いたマイクロフォン、超音波センサ、血圧センサ及びタッチパネルに関する。なお、図面は模式的又は概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。以下の実施形態では、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を適宜省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Embodiments relate to a pressure sensor using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, and a microphone, an ultrasonic sensor, a blood pressure sensor, and a touch panel using the pressure sensor. Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings. In the following embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated description is omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1及び図2は、第1の実施形態に係る圧力センサを概略的に示す斜視図及び上面図である。図3は、図2に示したIII-III'線に沿って得られる圧力センサの断面を概略的に示している。図1、2及び3において、図を見やすくするために、絶縁部分及び導電部分などを省略している。図1に示される圧力センサは、樹脂基板11と、樹脂基板11上に取り付けられたMEMSチップ20と、を備える。MEMSチップ20は、熱硬化樹脂などの接着剤(ダイボンド材)を使用して樹脂基板11に接着固定される。
(First embodiment)
1 and 2 are a perspective view and a top view schematically showing a pressure sensor according to the first embodiment. FIG. 3 schematically shows a cross section of the pressure sensor obtained along the line III-III ′ shown in FIG. In FIGS. 1, 2 and 3, the insulating portion and the conductive portion are omitted for easy understanding of the drawings. The pressure sensor shown in FIG. 1 includes a resin substrate 11 and a MEMS chip 20 attached on the resin substrate 11. The MEMS chip 20 is bonded and fixed to the resin substrate 11 using an adhesive (die bond material) such as a thermosetting resin.

MEMSチップ20は、樹脂基板11上に設けられた支持部21と、支持部21によって支持された、可撓性のある膜部としてのダイヤフラム22と、ダイヤフラム22上に設けられた磁気抵抗素子23と、を含む。ダイヤフラム22は、外部圧力が印加されたときに撓み、その上に設けられた磁気抵抗素子23に歪みを生じさせる。外部圧力は、例えば、押圧、音波、超音波などによる圧力であり得る。磁気抵抗素子23の電気抵抗は、磁気抵抗素子23に生じた歪みの大きさに応じて変化する。本実施形態に係る圧力センサは、電気抵抗の変化を検出することで外部圧力をセンシングすることができる。   The MEMS chip 20 includes a support portion 21 provided on the resin substrate 11, a diaphragm 22 as a flexible film portion supported by the support portion 21, and a magnetoresistive element 23 provided on the diaphragm 22. And including. The diaphragm 22 bends when an external pressure is applied, and causes the magnetoresistive element 23 provided thereon to be distorted. The external pressure can be, for example, pressure due to pressing, sound waves, ultrasonic waves, or the like. The electric resistance of the magnetoresistive element 23 changes according to the magnitude of the distortion generated in the magnetoresistive element 23. The pressure sensor according to the present embodiment can sense an external pressure by detecting a change in electrical resistance.

なお、図1には6つの磁気抵抗素子23が設けられている例が示されているが、磁気抵抗素子23の数は、6に限らず、1であってもよく、2〜5又は7以上であってもよい。   Although FIG. 1 shows an example in which six magnetoresistive elements 23 are provided, the number of magnetoresistive elements 23 is not limited to six and may be one, or 2 to 5 or 7 It may be the above.

支持部21は、例えば、シリコン(Si)基板である。支持部21は、例えば、図3に示される空洞部26を有する四角筒形状に形成されている。空洞部26は、互いに対向する2つの面において開口されている。これら2つの面のうちの一方の面は樹脂基板11との接着面であり、他方の面側の端部にダイヤフラム22が固定されている。空洞部26は、樹脂基板11及びダイヤフラム22によって密閉されている。空洞部26には、空気又は不活性ガスなどの気体が充填されていてもよく、逆に減圧されて真空になっていてもよく、液体が充填されていてもよい。なお、支持部21の形状は、上述した形状に限らず、ダイヤフラム22が外部圧力によって撓むことができるようにダイヤフラム22を支持することができれば、任意の他の形状であってもよい。   The support unit 21 is, for example, a silicon (Si) substrate. The support portion 21 is formed in, for example, a rectangular tube shape having the cavity portion 26 shown in FIG. The cavity 26 is opened in two surfaces facing each other. One of these two surfaces is an adhesive surface with the resin substrate 11, and the diaphragm 22 is fixed to the end portion on the other surface side. The cavity 26 is sealed by the resin substrate 11 and the diaphragm 22. The cavity 26 may be filled with a gas such as air or an inert gas, or may be vacuumed by being decompressed, or may be filled with a liquid. The shape of the support portion 21 is not limited to the shape described above, and may be any other shape as long as the diaphragm 22 can be supported so that the diaphragm 22 can be bent by an external pressure.

ダイヤフラム22は、アモルファスシリコン(a−Si)膜、シリコン酸化物(SiOx)膜、アルミニウム酸化物(AlOx)膜、窒化シリコン(SiN)膜などの薄膜によって形成される。ダイヤフラム22を形成する薄膜は、外部圧力によって撓む部分よりも外側に連続して形成されている場合もある。ここでは、薄膜における外部圧力によって撓む部分をダイヤフラム(膜部)と呼ぶ。膜部は、薄く加工された薄膜領域である。   The diaphragm 22 is formed of a thin film such as an amorphous silicon (a-Si) film, a silicon oxide (SiOx) film, an aluminum oxide (AlOx) film, or a silicon nitride (SiN) film. The thin film forming the diaphragm 22 may be continuously formed outside the portion bent by the external pressure. Here, a portion of the thin film that is bent by an external pressure is called a diaphragm (film portion). The film part is a thin film region processed thinly.

磁気抵抗素子23の電気抵抗の変化は、磁気抵抗素子23に生じる歪み(より詳細には、最大主歪みと最小主歪みとの差分である異方性歪み)が大きいほど大きくなる。このため、圧力センサの感度を高めるには、外部圧力に対してより大きな歪みが発生するようにダイヤフラム22を形成すればよい。すなわち、圧力センサの高感度化の観点からは、ダイヤフラム22の曲げ剛性としては低い方が好ましい。例えば、円形ダイヤフラムのばね定数kは、下記式(1)で表される。   The change in the electrical resistance of the magnetoresistive element 23 increases as the strain generated in the magnetoresistive element 23 (more specifically, the anisotropic strain that is the difference between the maximum main strain and the minimum main strain) increases. For this reason, in order to increase the sensitivity of the pressure sensor, the diaphragm 22 may be formed so that a larger strain is generated with respect to the external pressure. That is, from the viewpoint of increasing the sensitivity of the pressure sensor, the bending rigidity of the diaphragm 22 is preferably low. For example, the spring constant k of the circular diaphragm is expressed by the following formula (1).

ここで、Eはダイヤフラムのヤング率であり、hはダイヤフラムの厚さであり、aはダイヤフラムの直径であり、νはポアソン比である。また、σは、膜応力を表し、膜応力が引張応力である場合に正の値をとり、膜応力が圧縮応力である場合に負の値をとる。式(1)によれば、ダイヤフラムの曲げ剛性は、ダイヤフラムの膜応力が引張であると増加し、圧縮であると低下する。従って、圧力センサの感度を高めるためには、膜応力を低減する必要がある。ただし、ダイヤフラムの膜応力として過度の圧縮応力が生じた場合、座屈による皺がダイヤフラムに形成される。この場合、ダイヤフラム上に設けられた磁気抵抗素子に適切な歪みが加えられなくなる。   Where E is the Young's modulus of the diaphragm, h is the thickness of the diaphragm, a is the diameter of the diaphragm, and ν is the Poisson's ratio. Further, σ represents a film stress, and takes a positive value when the film stress is a tensile stress and takes a negative value when the film stress is a compressive stress. According to equation (1), the bending stiffness of the diaphragm increases when the diaphragm membrane stress is tensile, and decreases when it is compressed. Therefore, in order to increase the sensitivity of the pressure sensor, it is necessary to reduce the film stress. However, when excessive compressive stress is generated as the membrane stress of the diaphragm, wrinkles due to buckling are formed in the diaphragm. In this case, an appropriate strain cannot be applied to the magnetoresistive element provided on the diaphragm.

本実施形態及び後述する他の実施形態に係る圧力センサでは、ダイヤフラム22の一部に低剛性化領域が設けられる。具体的には、ダイヤフラム22は、図2に示されるように、第1領域22Aと、第1領域22Aの剛性より低い剛性を有する第2領域22Bと、を含む。第2領域22Bが低剛性化領域に対応する。本実施形態及び後述する他の実施形態では、ダイヤフラム22の一部に低剛性化領域を設けることにより、ダイヤフラム22に生じる圧縮応力が部分的に緩和される。それにより、ダイヤフラム22に皺が発生することを抑制することができる。その結果、圧力センサを高感度化するためにダイヤフラム22の膜応力をより低減することができる。   In the pressure sensor according to this embodiment and other embodiments described later, a low rigidity region is provided in a part of the diaphragm 22. Specifically, as shown in FIG. 2, the diaphragm 22 includes a first region 22A and a second region 22B having rigidity lower than that of the first region 22A. The second area 22B corresponds to the low rigidity area. In this embodiment and other embodiments to be described later, by providing the low rigidity region in a part of the diaphragm 22, the compressive stress generated in the diaphragm 22 is partially relieved. Thereby, generation | occurrence | production of wrinkles in the diaphragm 22 can be suppressed. As a result, the membrane stress of the diaphragm 22 can be further reduced in order to increase the sensitivity of the pressure sensor.

本実施形態では、ダイヤフラム22は、長方形状に形成され、第2領域22Bは、短辺側の両端部に位置し、第1領域22Aは、第2領域22B間に挟まれた領域である。第1領域22Aは、ダイヤフラム22の長辺側の両端部及び中央部を含む。磁気抵抗素子23は、第1領域22Aの一部の上に配置される。すなわち、磁気抵抗素子23の位置は、低剛性化領域である第2領域22Bの位置と異なる。図2に示される例では、磁気抵抗素子23は、長辺側の両端部に3つずつ配置されている。ダイヤフラム22は、その周縁(2つの長辺及び2つの短辺)において支持部21に固定されている。長方形のダイヤフラム22では、長辺側の端部には、短辺側の端部や中央部よりも大きい異方性歪みが生じる。このことから、ダイヤフラム22の長辺側の端部に磁気抵抗素子23を配置する方が好ましい。   In the present embodiment, the diaphragm 22 is formed in a rectangular shape, the second region 22B is located at both ends on the short side, and the first region 22A is a region sandwiched between the second regions 22B. The first region 22 </ b> A includes both end portions and a center portion on the long side of the diaphragm 22. The magnetoresistive element 23 is disposed on a part of the first region 22A. That is, the position of the magnetoresistive element 23 is different from the position of the second region 22B, which is the low rigidity region. In the example shown in FIG. 2, three magnetoresistive elements 23 are arranged at both ends on the long side. The diaphragm 22 is fixed to the support portion 21 at the periphery (two long sides and two short sides). In the rectangular diaphragm 22, an anisotropic strain is generated at the end portion on the long side, which is larger than the end portion or the center portion on the short side. Therefore, it is preferable to dispose the magnetoresistive element 23 at the end portion on the long side of the diaphragm 22.

図4A、図4B及び図4Cを参照して、本実施形態に係るダイヤフラム22の構造例を説明する。
図4Aは、図2に示したIV-IV'線に沿う圧力センサの部分断面図であって、ダイヤフラム22の第1構造例を概略的に示している。図4Aに示される第1構造例では、第2領域22Bの厚さは、第1領域22Aの厚さより薄い。すなわち、ダイヤフラム22は、第1領域22Aよりも第2領域22Bにおいて薄くなるように形成されている。図4Bは、図2に示したIV-IV'線に沿う圧力センサの部分断面図であって、ダイヤフラム22の第2構造例を概略的に示している。図4Bに示される第2構造例では、第1領域22Aにおけるダイヤフラム22は、平坦に形成され、第2領域22Bにおけるダイヤフラム22は、コルゲート形状に形成されている。図4Cは、図2に示したIV-IV'線に沿う圧力センサの部分断面図であって、ダイヤフラム22の第3構造例を概略的に示している。図4Cに示される第3構造例では、第2領域22Bのヤング率は、第1領域22Aのヤング率よりも低い。具体的には、第2領域22Bは、第1領域22Aの材料よりもヤング率の低い材料で形成されている。
With reference to FIG. 4A, FIG. 4B, and FIG. 4C, the structural example of the diaphragm 22 which concerns on this embodiment is demonstrated.
FIG. 4A is a partial cross-sectional view of the pressure sensor along the line IV-IV ′ shown in FIG. 2, and schematically shows a first structural example of the diaphragm 22. In the first structure example shown in FIG. 4A, the thickness of the second region 22B is smaller than the thickness of the first region 22A. That is, the diaphragm 22 is formed to be thinner in the second region 22B than in the first region 22A. FIG. 4B is a partial cross-sectional view of the pressure sensor along the line IV-IV ′ shown in FIG. 2, and schematically shows a second structure example of the diaphragm 22. In the second structure example shown in FIG. 4B, the diaphragm 22 in the first region 22A is formed flat, and the diaphragm 22 in the second region 22B is formed in a corrugated shape. FIG. 4C is a partial cross-sectional view of the pressure sensor along the line IV-IV ′ shown in FIG. 2 and schematically shows a third structure example of the diaphragm 22. In the third structure example shown in FIG. 4C, the Young's modulus of the second region 22B is lower than the Young's modulus of the first region 22A. Specifically, the second region 22B is formed of a material having a lower Young's modulus than the material of the first region 22A.

なお、ダイヤフラム22に低剛性化領域を設ける方法は、上述した3つの構造例に限らず、これら3つの構造例のうちの2つ以上を組み合わせて用いてもよく、他の構造を用いてもよい。   In addition, the method of providing the low rigidity region in the diaphragm 22 is not limited to the three structural examples described above, and two or more of these three structural examples may be used in combination, or other structures may be used. Good.

図5は、図1に示される6つの磁気抵抗素子23のうちの1つを概略的に示している。図1に示される磁気抵抗素子23のうちの残り5つは、図5に示される磁気抵抗素子23と同様の構造を有し得る。図5では、磁気抵抗素子23の一部が示されている。磁気抵抗素子23は、図5に示されるように、第1磁性層51、第2磁性層53、及び第1磁性層51と第2磁性層53との間に配置された中間層(スペーサ層とも称する)52を含む。第1磁性層51及び第2磁性層53の少なくとも一方は、磁化方向が可変である磁化自由層である。本実施形態では、第1磁性層51は、磁化自由層であり、第2磁性層53は、磁化方向が固定された磁化固定層である。中間層52は、非磁性層である。   FIG. 5 schematically shows one of the six magnetoresistive elements 23 shown in FIG. The remaining five of the magnetoresistive elements 23 shown in FIG. 1 may have the same structure as the magnetoresistive element 23 shown in FIG. In FIG. 5, a part of the magnetoresistive element 23 is shown. As shown in FIG. 5, the magnetoresistive element 23 includes a first magnetic layer 51, a second magnetic layer 53, and an intermediate layer (spacer layer) disposed between the first magnetic layer 51 and the second magnetic layer 53. 52). At least one of the first magnetic layer 51 and the second magnetic layer 53 is a magnetization free layer whose magnetization direction is variable. In the present embodiment, the first magnetic layer 51 is a magnetization free layer, and the second magnetic layer 53 is a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed. The intermediate layer 52 is a nonmagnetic layer.

磁気抵抗素子23が歪みセンサとして機能する動作は、「逆磁歪効果」と「磁気抵抗(MR;magnetoresistance)効果」との応用に基づいている。逆磁歪効果は、磁化自由層に用いられる強磁性層において得られる。MR効果は、磁化自由層と中間層と参照層(例えば磁化固定層)とが積層された積層膜において発現する。   The operation in which the magnetoresistive element 23 functions as a strain sensor is based on the application of the “inverse magnetostriction effect” and the “magnetoresistance (MR) effect”. The inverse magnetostrictive effect is obtained in the ferromagnetic layer used for the magnetization free layer. The MR effect is manifested in a laminated film in which a magnetization free layer, an intermediate layer, and a reference layer (for example, a magnetization fixed layer) are laminated.

逆磁歪効果は、強磁性体の磁化方向が強磁性体に生じた歪みによって変化する現象である。すなわち、磁気抵抗素子23の積層膜に外部歪みが印加されると、磁化自由層の磁化方向が変化する。その結果、磁化自由層の磁化方向と参照層の磁化方向との間の相対角度が変化する。この際にMR効果により、電気抵抗の変化が引き起こされる。MR効果は、例えば、GMR(Giant magnetoresistance)効果又はTMR(Tunneling magnetoresistance)効果などを含む。MR効果は、積層膜に電流を流すことで発現する。積層膜に電流を流すことで、磁化方向の相対角度の変化を電気抵抗変化として読み取ることができる。例えば、積層膜(磁気抵抗素子23)に歪みが生じ、この歪みによって磁化自由層の磁化方向が変化し、磁化自由層の磁化方向と参照層の磁化方向との間の相対角度が変化する。すなわち、逆磁歪効果によりMR効果が発現する。   The inverse magnetostriction effect is a phenomenon in which the magnetization direction of a ferromagnetic material changes due to strain generated in the ferromagnetic material. That is, when an external strain is applied to the laminated film of the magnetoresistive element 23, the magnetization direction of the magnetization free layer changes. As a result, the relative angle between the magnetization direction of the magnetization free layer and the magnetization direction of the reference layer changes. At this time, a change in electrical resistance is caused by the MR effect. The MR effect includes, for example, a GMR (Giant magnetoresistance) effect or a TMR (Tunneling magnetoresistance) effect. The MR effect is manifested by passing a current through the laminated film. By passing a current through the laminated film, a change in the relative angle of the magnetization direction can be read as a change in electrical resistance. For example, distortion occurs in the laminated film (the magnetoresistive element 23), and the magnetization direction of the magnetization free layer changes due to this distortion, and the relative angle between the magnetization direction of the magnetization free layer and the magnetization direction of the reference layer changes. That is, the MR effect is manifested by the inverse magnetostrictive effect.

磁化固定層に用いられる磁性層は、MR効果に直接的に寄与する。磁化固定層である第2磁性層53には、例えば、Co−Fe−B合金が用いられる。具体的には、第2磁性層53には、(CoFe100−x100−y合金(xは、0at.%以上100at.%以下であり、yは0at.%以上30at.%以下である。)を用いることができる。第2磁性層53には、例えば、Fe−Co合金などの他の材料を用いてもよい。 The magnetic layer used for the magnetization fixed layer directly contributes to the MR effect. For the second magnetic layer 53 which is a magnetization fixed layer, for example, a Co—Fe—B alloy is used. Specifically, the second magnetic layer 53, (Co x Fe 100- x) 100-y B y alloys (x is a 0 atomic.% Or more 100 atomic.% Or less, y is 0 atomic.% Or more 30 at. % Or less.) Can be used. For the second magnetic layer 53, for example, other materials such as an Fe—Co alloy may be used.

中間層52は、例えば、第1磁性層51と第2磁性層53との磁気的な結合を分断する。中間層52には、例えば、金属又は絶縁体又は半導体が用いられる。金属としては、例えば、Cu、Au又はAgなどを用いることができる。絶縁体又は半導体としては、例えば、マグネシウム酸化物(MgOなど)、アルミニウム酸化物(Alなど)、チタン酸化物(TiOなど)、亜鉛酸化物(ZnOなど)、又はガリウム酸化物(Ga−O)などを用いることができる。中間層52として、例えば、CCP(Current−Confined−Path)スペーサ層を用いてもよい。中間層52としてCCPスペーサ層を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム(Al)の絶縁層中に銅(Cu)メタルパスが形成された構造が用いられる。 For example, the intermediate layer 52 breaks the magnetic coupling between the first magnetic layer 51 and the second magnetic layer 53. For the intermediate layer 52, for example, a metal, an insulator, or a semiconductor is used. For example, Cu, Au, or Ag can be used as the metal. Examples of the insulator or semiconductor include magnesium oxide (such as MgO), aluminum oxide (such as Al 2 O 3 ), titanium oxide (such as TiO), zinc oxide (such as ZnO), or gallium oxide (Ga). -O) and the like can be used. As the intermediate layer 52, for example, a CCP (Current-Confined-Path) spacer layer may be used. When a CCP spacer layer is used as the intermediate layer 52, for example, a structure in which a copper (Cu) metal path is formed in an insulating layer of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used.

磁化自由層である第1磁性層51には、強磁性体材料が用いられる。具体的には、第1磁性層51の材料として、例えば、FeCo合金、NiFe合金など、Fe及びCoの少なくとも一方を含む合金を用いることができる。或いは、第1磁性層51には、Co−Fe−B合金、Fe−Co−Si−B合金、磁歪定数λsが大きいFe−Ga合金、Fe−Co−Ga合金、Tb−M−Fe合金、Tb−M1−Fe−M2合金、Fe−M3−M−B合金、Ni、Fe−Al、又はフェライトなどを用いてもよい。   A ferromagnetic material is used for the first magnetic layer 51 which is a magnetization free layer. Specifically, as the material of the first magnetic layer 51, for example, an alloy containing at least one of Fe and Co, such as an FeCo alloy and a NiFe alloy, can be used. Alternatively, the first magnetic layer 51 includes a Co—Fe—B alloy, an Fe—Co—Si—B alloy, an Fe—Ga alloy having a large magnetostriction constant λs, an Fe—Co—Ga alloy, a Tb—M—Fe alloy, You may use Tb-M1-Fe-M2 alloy, Fe-M3-MB alloy, Ni, Fe-Al, or a ferrite.

本実施形態に係る圧力センサでは、ダイヤフラム22に外部圧力が印加されると、ダイヤフラム22が変形する。これに伴い、磁気抵抗素子23に歪みが発生する。特に、磁気抵抗素子23が設けられた長方形ダイヤフラム22の長辺側の端部には、大きな異方性歪み、すなわち、長手方向の歪みと短手方向の歪みとの差分(最大主歪みと最小主歪みとの差分)が大きい歪みが生じる。さらに、低剛性化領域と異なる第1領域22Aに磁気抵抗素子23を配置することにより、より大きな異方性歪みを磁気抵抗素子23に生じさせることが可能である。その結果、外部圧力をセンシングする感度を向上することができる。   In the pressure sensor according to the present embodiment, when an external pressure is applied to the diaphragm 22, the diaphragm 22 is deformed. Along with this, distortion occurs in the magnetoresistive element 23. In particular, at the end of the long side of the rectangular diaphragm 22 provided with the magnetoresistive element 23, a large anisotropic strain, that is, the difference between the strain in the longitudinal direction and the strain in the short direction (maximum main strain and minimum strain). Distortion with a large difference) is generated. Furthermore, by arranging the magnetoresistive element 23 in the first region 22A different from the low rigidity region, it is possible to cause a larger anisotropic strain in the magnetoresistive element 23. As a result, the sensitivity of sensing external pressure can be improved.

以上のように、第1の実施形態に係る圧力センサでは、ダイヤフラムの短辺側の両端部に低剛性化領域が設けられている。これにより、ダイヤフラムに皺が発生することなく、ダイヤフラムの膜応力を低減することができる。その結果、圧力をセンシングする感度を向上することができる。   As described above, in the pressure sensor according to the first embodiment, the low rigidity region is provided at both ends on the short side of the diaphragm. Thereby, the film | membrane stress of a diaphragm can be reduced, without generating a wrinkle in a diaphragm. As a result, the sensitivity for sensing pressure can be improved.

(第2の実施形態)
第2の実施形態は、ダイヤフラム上における低剛性化領域の配置が第1の実施形態と異なっている。具体的には、第2の実施形態では、長方形状に形成されたダイヤフラムの3辺に沿う端部に低剛性化領域が設けられている。第2の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分について説明し、第1の実施形態と同様の部分についての説明は適宜省略する。
(Second Embodiment)
The second embodiment is different from the first embodiment in the arrangement of the low rigidity region on the diaphragm. Specifically, in the second embodiment, the low rigidity region is provided at the end portions along the three sides of the diaphragm formed in a rectangular shape. In the second embodiment, parts different from the first embodiment will be described, and description of parts similar to the first embodiment will be omitted as appropriate.

図6は、第2の実施形態の第1例に係る圧力センサを概略的に示している。図6において、図を見やすくするために、絶縁部分及び導電部分などを省略している。図6に示される圧力センサは、樹脂基板11、樹脂基板11上に設けられた支持部21、支持部21によって支持された可撓性のあるダイヤフラム22、及びダイヤフラム22上に設けられた少なくとも1つの(この例では3つの)磁気抵抗素子23を備える。   FIG. 6 schematically shows a pressure sensor according to a first example of the second embodiment. In FIG. 6, in order to make the drawing easy to see, an insulating portion, a conductive portion, and the like are omitted. The pressure sensor illustrated in FIG. 6 includes a resin substrate 11, a support portion 21 provided on the resin substrate 11, a flexible diaphragm 22 supported by the support portion 21, and at least one provided on the diaphragm 22. Two (three in this example) magnetoresistive elements 23 are provided.

ダイヤフラム22は、第1領域22Aと、第1領域22Aの剛性より低い剛性を有する第2領域22Bと、を含む。図6に示される圧力センサでは、ダイヤフラム22は、長方形状に形成され、第2領域22Bは、ダイヤフラム22の短辺側の両端部と長辺側の一端部とにわたって位置する。磁気抵抗素子23は、第1領域22Aである長辺側の他端部に配置されている。   The diaphragm 22 includes a first region 22A and a second region 22B having rigidity lower than that of the first region 22A. In the pressure sensor shown in FIG. 6, the diaphragm 22 is formed in a rectangular shape, and the second region 22 </ b> B is located over both ends on the short side and one end on the long side of the diaphragm 22. The magnetoresistive element 23 is disposed at the other end portion on the long side which is the first region 22A.

図7は、第2の実施形態の第2例に係る圧力センサを概略的に示している。図7において、図を見やすくするために、絶縁部分及び導電部分などを省略している。図7に示される圧力センサでは、第2領域22Bは、ダイヤフラム22の長辺側の両端部と短辺側の一端部とにわたって位置する。磁気抵抗素子23は、第1領域22Aである短辺側の他端部に配置されている。   FIG. 7 schematically shows a pressure sensor according to a second example of the second embodiment. In FIG. 7, in order to make the drawing easier to see, an insulating portion and a conductive portion are omitted. In the pressure sensor shown in FIG. 7, the second region 22 </ b> B is located over both ends on the long side and one end on the short side of the diaphragm 22. The magnetoresistive element 23 is disposed at the other end on the short side which is the first region 22A.

第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、圧力センサの感度を向上することができる。   According to the second embodiment, the sensitivity of the pressure sensor can be improved as in the first embodiment.

(第3の実施形態)
第3の実施形態は、ダイヤフラム上における低剛性化領域の配置が第1の実施形態と異なっている。具体的には、第3の実施形態では、長方形状に形成されたダイヤフラムの中心部に低剛性化領域が設けられている。第3の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分について説明し、第1の実施形態と同様の部分についての説明は適宜省略する。
(Third embodiment)
The third embodiment is different from the first embodiment in the arrangement of the low rigidity region on the diaphragm. Specifically, in the third embodiment, a low rigidity region is provided at the center of a rectangular diaphragm. In the third embodiment, parts different from the first embodiment will be described, and description of parts similar to those of the first embodiment will be omitted as appropriate.

図8は、第3の実施形態に係る圧力センサを概略的に示している。図8において、図を見やすくするために、絶縁部分及び導電部分などを省略している。図8に示される圧力センサは、樹脂基板11、樹脂基板11上に設けられた支持部21、支持部21によって支持された可撓性のあるダイヤフラム22、及びダイヤフラム22上に設けられた少なくとも1つの(この例では6つの)磁気抵抗素子23を備える。   FIG. 8 schematically shows a pressure sensor according to the third embodiment. In FIG. 8, in order to make the drawing easy to see, an insulating portion and a conductive portion are omitted. The pressure sensor shown in FIG. 8 includes a resin substrate 11, a support portion 21 provided on the resin substrate 11, a flexible diaphragm 22 supported by the support portion 21, and at least one provided on the diaphragm 22. Two (six in this example) magnetoresistive elements 23 are provided.

ダイヤフラム22は、第1領域22Aと、第1領域22Aの剛性より低い剛性を有する第2領域22Bと、を含む。本実施形態では、第2領域22Bは、ダイヤフラム22の中心部に位置し、円形状である。磁気抵抗素子23は、第1領域22Aである長辺側の両端部に3つずつ配置されている。   The diaphragm 22 includes a first region 22A and a second region 22B having rigidity lower than that of the first region 22A. In the present embodiment, the second region 22B is located at the center of the diaphragm 22 and has a circular shape. Three magnetoresistive elements 23 are arranged at both ends on the long side, which is the first region 22A.

図9Aは、図8に示したIX-IX'線に沿う圧力センサの部分断面図であって、ダイヤフラム22の第1構造例を概略的に示している。図9Aに示される第1構造例では、第2領域22Bの厚さは、第1領域22Aの厚さより薄い。図9Bは、図8に示したIX-IX'線に沿う圧力センサの部分断面図であって、ダイヤフラム22の第2構造例を概略的に示している。図9Bに示される第2構造例は、第2領域22Bにおけるダイヤフラム22は、コルゲート形状に形成されている。図9Cは、図8に示したIX-IX'線に沿う圧力センサの部分断面図であって、ダイヤフラム22の第3構造例を概略的に示している。図9Cに示される第3構造例では、第2領域22Bのヤング率は、第1領域22Aのヤング率よりも低い。   FIG. 9A is a partial cross-sectional view of the pressure sensor along the line IX-IX ′ shown in FIG. 8, and schematically shows a first structural example of the diaphragm 22. In the first structure example shown in FIG. 9A, the thickness of the second region 22B is smaller than the thickness of the first region 22A. FIG. 9B is a partial cross-sectional view of the pressure sensor along the line IX-IX ′ shown in FIG. 8, and schematically shows a second structure example of the diaphragm 22. In the second structural example shown in FIG. 9B, the diaphragm 22 in the second region 22B is formed in a corrugated shape. FIG. 9C is a partial cross-sectional view of the pressure sensor along the line IX-IX ′ shown in FIG. 8 and schematically shows a third structure example of the diaphragm 22. In the third structure example shown in FIG. 9C, the Young's modulus of the second region 22B is lower than the Young's modulus of the first region 22A.

第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、圧力センサの感度を向上することができる。   According to the third embodiment, the sensitivity of the pressure sensor can be improved as in the first embodiment.

(第4の実施形態)
第4の実施形態は、ダイヤフラム上における低剛性化領域の配置が第1の実施形態と異なっている。具体的には、第4の実施形態は、第1の実施形態と第3の実施形態の組み合わせに対応し、すなわち、長方形に形成されたダイヤフラムの短辺側の両端部と中心部とに低剛性化領域が設けられている。第4の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分について説明し、第1の実施形態と同様の部分についての説明は適宜省略する。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is different from the first embodiment in the arrangement of the low rigidity region on the diaphragm. Specifically, the fourth embodiment corresponds to the combination of the first embodiment and the third embodiment, that is, low in both ends and the center of the short side of the rectangular diaphragm. A stiffening region is provided. In the fourth embodiment, parts different from the first embodiment will be described, and description of parts similar to those of the first embodiment will be omitted as appropriate.

図10は、第4の実施形態に係る圧力センサを概略的に示している。図10において、図を見やすくするために、絶縁部分及び導電部分などを省略している。図10に示される圧力センサは、樹脂基板11、樹脂基板11上に設けられた支持部21、支持部21によって支持された可撓性のあるダイヤフラム22、及びダイヤフラム22上に設けられた少なくとも1つの(この例では6つの)磁気抵抗素子23を備える。   FIG. 10 schematically shows a pressure sensor according to the fourth embodiment. In FIG. 10, in order to make the drawing easy to see, an insulating portion and a conductive portion are omitted. The pressure sensor shown in FIG. 10 includes a resin substrate 11, a support portion 21 provided on the resin substrate 11, a flexible diaphragm 22 supported by the support portion 21, and at least one provided on the diaphragm 22. Two (six in this example) magnetoresistive elements 23 are provided.

ダイヤフラム22は、第1領域22Aと、第1領域22Aの剛性より低い剛性を有する第2領域22Bと、を含む。本実施形態では、第2領域22Bは、ダイヤフラム22の短辺側の両端部と中心部とに位置する。磁気抵抗素子23は、第1領域22Aである長辺側の両端部に3つずつ配置されている。   The diaphragm 22 includes a first region 22A and a second region 22B having rigidity lower than that of the first region 22A. In the present embodiment, the second region 22 </ b> B is located at both ends and the center of the short side of the diaphragm 22. Three magnetoresistive elements 23 are arranged at both ends on the long side, which is the first region 22A.

第4の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、圧力センサの感度を向上することができる。   According to the fourth embodiment, the sensitivity of the pressure sensor can be improved as in the first embodiment.

(第5の実施形態)
第5の実施形態は、ダイヤフラムの形状及び磁気抵抗素子の配置が第1の実施形態と異なっている。具体的には、第5の実施形態では、ダイヤフラムは円形状に形成されている。第5の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分について説明し、第1の実施形態と同様の部分についての説明は適宜省略する。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment is different from the first embodiment in the shape of the diaphragm and the arrangement of the magnetoresistive elements. Specifically, in the fifth embodiment, the diaphragm is formed in a circular shape. In the fifth embodiment, parts different from the first embodiment will be described, and description of parts similar to those of the first embodiment will be omitted as appropriate.

図11は、第5の実施形態に係る圧力センサを概略的に示している。図11において、図を見やすくするために、絶縁部分及び導電部分などを省略している。図11に示される圧力センサは、樹脂基板11、樹脂基板11上に設けられた支持部21、支持部21によって支持された可撓性のあるダイヤフラム22、及びダイヤフラム22上に設けられた少なくとも1つの(この例では6つの)磁気抵抗素子23を備える。   FIG. 11 schematically shows a pressure sensor according to the fifth embodiment. In FIG. 11, in order to make the drawing easy to see, an insulating portion and a conductive portion are omitted. The pressure sensor shown in FIG. 11 includes a resin substrate 11, a support portion 21 provided on the resin substrate 11, a flexible diaphragm 22 supported by the support portion 21, and at least one provided on the diaphragm 22. Two (six in this example) magnetoresistive elements 23 are provided.

ダイヤフラム22は、第1領域22Aと、第1領域22Aの剛性より低い剛性を有する第2領域22Bと、を含む。本実施形態では、第2領域22Bは、円形の領域であり、ダイヤフラム22の中心部に位置する。磁気抵抗素子23は、ダイヤフラム22の周縁に沿って配置されている。具体的には、第2領域22Bを介して対向する2つの端部に3つずつ配置されている。   The diaphragm 22 includes a first region 22A and a second region 22B having rigidity lower than that of the first region 22A. In the present embodiment, the second region 22 </ b> B is a circular region and is located at the center of the diaphragm 22. The magnetoresistive element 23 is disposed along the periphery of the diaphragm 22. Specifically, three are arranged at two end portions facing each other through the second region 22B.

第4の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、圧力センサの感度を向上することができる。   According to the fourth embodiment, the sensitivity of the pressure sensor can be improved as in the first embodiment.

(第6の実施形態)
第6の実施形態は、ダイヤフラムの形状が第1の実施形態と異なっている。第6の実施形態は、第5の実施形態と同様にダイヤフラムが円形状に形成されているが、ダイヤフラム上における低剛性化領域の配置が第5の実施形態と異なっている。具体的には、第6の実施形態では、円形状に形成されたダイヤフラムの周縁部の少なくとも一部分に低剛性化領域が設けられている。第5の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分について説明し、第1の実施形態と同様の部分についての説明は適宜省略する。
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment is different from the first embodiment in the shape of the diaphragm. In the sixth embodiment, the diaphragm is formed in a circular shape as in the fifth embodiment, but the arrangement of the low rigidity region on the diaphragm is different from that in the fifth embodiment. Specifically, in the sixth embodiment, a low rigidity region is provided in at least a part of the peripheral edge portion of the diaphragm formed in a circular shape. In the fifth embodiment, parts different from the first embodiment will be described, and description of parts similar to those of the first embodiment will be omitted as appropriate.

図12は、第6の実施形態に係る圧力センサを概略的に示している。図12において、図を見やすくするために、絶縁部分及び導電部分などを省略している。図12に示される圧力センサは、樹脂基板11、樹脂基板11上に設けられた支持部21、支持部21によって支持された可撓性のあるダイヤフラム22、及びダイヤフラム22上に設けられた少なくとも1つの(この例では6つの)磁気抵抗素子23を備える。   FIG. 12 schematically shows a pressure sensor according to the sixth embodiment. In FIG. 12, in order to make the drawing easy to see, an insulating portion and a conductive portion are omitted. The pressure sensor shown in FIG. 12 includes a resin substrate 11, a support portion 21 provided on the resin substrate 11, a flexible diaphragm 22 supported by the support portion 21, and at least one provided on the diaphragm 22. Two (six in this example) magnetoresistive elements 23 are provided.

ダイヤフラム22は、第1領域22Aと、第1領域22Aの剛性より低い剛性を有する第2領域22Bと、を含む。本実施形態では、第2領域22Bは、ダイヤフラム22の周縁部における2つの部分に位置する。これら2つの部分は、ダイヤフラム22の中心を介して互いに対向している。磁気抵抗素子23は、第1領域22A上においてダイヤフラム22の周縁に沿って配置されている。具体的には、磁気抵抗素子23は、ダイヤフラム22の周縁部のうち、第2領域22Bと異なる2つの部分に3つずつ配置されている。ダイヤフラム22の周縁部は、第2領域22Bの2つの部分と、これら2つの部分の間に位置する第1領域22Aの2つ部分と、を含む。   The diaphragm 22 includes a first region 22A and a second region 22B having rigidity lower than that of the first region 22A. In the present embodiment, the second region 22 </ b> B is located at two portions in the peripheral edge portion of the diaphragm 22. These two parts are opposed to each other via the center of the diaphragm 22. The magnetoresistive element 23 is disposed along the periphery of the diaphragm 22 on the first region 22A. Specifically, three magnetoresistive elements 23 are arranged in two portions different from the second region 22 </ b> B in the peripheral portion of the diaphragm 22. The peripheral portion of the diaphragm 22 includes two parts of the second region 22B and two parts of the first region 22A located between the two parts.

第6の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、圧力センサの感度を向上することができる。   According to the sixth embodiment, the sensitivity of the pressure sensor can be improved as in the first embodiment.

(第7の実施形態)
第7の実施形態は、ダイヤフラムの形状が第1の実施形態と異なっている。第7の実施形態は、第5の実施形態と第6の実施形態の組み合わせに対応し、円形状に形成されたダイヤフラムの中心部と周縁部の少なくとも一部とに低剛性化領域が設けられている。第7の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分について説明し、第1の実施形態と同様の部分についての説明は適宜省略する。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment is different from the first embodiment in the shape of the diaphragm. The seventh embodiment corresponds to the combination of the fifth embodiment and the sixth embodiment, and a low rigidity region is provided at the center portion and at least a part of the peripheral portion of the diaphragm formed in a circular shape. ing. In the seventh embodiment, parts different from the first embodiment will be described, and description of parts similar to those of the first embodiment will be omitted as appropriate.

図13は、第7の実施形態に係る圧力センサを概略的に示している。図13において、図を見やすくするために、絶縁部分及び導電部分などを省略している。図13に示される圧力センサは、樹脂基板11、樹脂基板11上に設けられた支持部21、支持部21によって支持された可撓性のあるダイヤフラム22、及びダイヤフラム22上に設けられた少なくとも1つの(この例では6つの)磁気抵抗素子23を備える。   FIG. 13 schematically shows a pressure sensor according to the seventh embodiment. In FIG. 13, in order to make the drawing easier to see, an insulating portion, a conductive portion, and the like are omitted. The pressure sensor shown in FIG. 13 includes a resin substrate 11, a support portion 21 provided on the resin substrate 11, a flexible diaphragm 22 supported by the support portion 21, and at least one provided on the diaphragm 22. Two (six in this example) magnetoresistive elements 23 are provided.

ダイヤフラム22は、第1領域22Aと、第1領域22Aの剛性より低い剛性を有する第2領域22Bと、を含む。本実施形態では、第2領域22Bは、ダイヤフラム22の中心部と周縁部における2つの部分とに位置する。これら2つの部分は、ダイヤフラム22の中心部を介して互いに対向している。磁気抵抗素子23は、ダイヤフラム22の周縁部のうち、第2領域22Bと異なる2つの部分に3つずつ配置されている。   The diaphragm 22 includes a first region 22A and a second region 22B having rigidity lower than that of the first region 22A. In the present embodiment, the second region 22B is located at the center portion of the diaphragm 22 and the two portions at the peripheral portion. These two portions are opposed to each other via the center portion of the diaphragm 22. Three magnetoresistive elements 23 are arranged in two portions of the peripheral portion of the diaphragm 22 different from the second region 22B.

第7の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、圧力センサの感度を向上することができる。   According to the seventh embodiment, similarly to the first embodiment, the sensitivity of the pressure sensor can be improved.

なお、ダイヤフラム22の平面形状は、第1から第7の実施形態において例示した形状(長方形、円形)に限らず、他の形状、例えば、楕円形であってもよい。さらに、ダイヤフラム22上における第2領域(低剛性化領域)22Bの位置及び磁気抵抗素子23の配置は、第1から第7の実施形態において説明した例に限らず、適宜変更することができる。ダイヤフラム22上における第2領域(低剛性化領域)22Bの形状についても、例示した円形に限らず、他の形状、例えば、正方形、長方形、楕円形であってもよい。また、MEMSチップ20が実装される基板は、樹脂基板に限らず、セラミック基板などであってもよい。   The planar shape of the diaphragm 22 is not limited to the shapes (rectangles and circles) illustrated in the first to seventh embodiments, but may be other shapes such as an ellipse. Further, the position of the second region (low rigidity region) 22B on the diaphragm 22 and the arrangement of the magnetoresistive elements 23 are not limited to the examples described in the first to seventh embodiments, and can be changed as appropriate. The shape of the second region (low rigidity region) 22B on the diaphragm 22 is not limited to the illustrated circle, and may be other shapes such as a square, a rectangle, and an ellipse. The substrate on which the MEMS chip 20 is mounted is not limited to a resin substrate, and may be a ceramic substrate.

(第8の実施形態)
図14は、第8の実施形態に係るマイクロフォン140を概略的に示している。マイクロフォン140は、圧力センサ141を備える。圧力センサ141は、第1から第7の実施形態において説明した圧力センサのいずれか又はその変形であり得る。本実施形態の圧力センサ141は、第1の実施形態に係る圧力センサである。
(Eighth embodiment)
FIG. 14 schematically shows a microphone 140 according to the eighth embodiment. The microphone 140 includes a pressure sensor 141. The pressure sensor 141 can be any of the pressure sensors described in the first to seventh embodiments or a modification thereof. The pressure sensor 141 of this embodiment is a pressure sensor according to the first embodiment.

圧力センサ141は、樹脂基板11及びこの樹脂基板11に実装されたMEMSチップ20を含む。樹脂基板11は、例えば、アンプなどの回路を含む。樹脂基板11には、MEMSチップ20を覆うように、カバー143が設けられている。カバー143には、開口142が形成されている。音波144は、開口142を通ってカバー143の内部に進入する。   The pressure sensor 141 includes a resin substrate 11 and a MEMS chip 20 mounted on the resin substrate 11. The resin substrate 11 includes, for example, a circuit such as an amplifier. A cover 143 is provided on the resin substrate 11 so as to cover the MEMS chip 20. An opening 142 is formed in the cover 143. The sound wave 144 enters the inside of the cover 143 through the opening 142.

マイクロフォン140は、音波144の音圧に対して感応する。高感度の圧力センサを用いることにより、広域の周波数に対して感度の高いマイクロフォン140が得られる。ダイヤフラムに生じる圧縮応力を緩和させる方法として、ダイヤフラムにスリット又は貫通孔を設ける手法が考えられる。しかしながら、圧力センサをマイクロフォンに利用する場合、スリット又は貫通孔は、低周波領域において音波の周り込みによる感度低下(Roll−off)を招く。本実施形態の圧力センサ141では、音波の周り込みによる感度低下(Roll−off)が生じることがなく、低周波領域においても感度が高い。   The microphone 140 is sensitive to the sound pressure of the sound wave 144. By using a pressure sensor with high sensitivity, the microphone 140 having high sensitivity with respect to a wide frequency range can be obtained. As a method of relieving the compressive stress generated in the diaphragm, a method of providing a slit or a through hole in the diaphragm can be considered. However, when a pressure sensor is used for a microphone, the slit or the through-hole causes a reduction in sensitivity (Roll-off) due to the wraparound of sound waves in a low frequency region. In the pressure sensor 141 of the present embodiment, the sensitivity is not lowered (Roll-off) due to the wraparound of the sound wave, and the sensitivity is high even in the low frequency region.

なお、音波144は、可聴域の信号に限らず、超音波であってもよい。ダイヤフラム22の共振周波数が超音波の周波数帯になるようにダイヤフラム22を設計することで、マイクロフォン140は超音波センサとして機能することができる。さらに好ましくは、超音波では音波144の直進性が増すため、開口142の位置を圧力センサ141のダイヤフラム(図14には示されていない)の直上に配置する、或いはダイヤフラム直下の樹脂基板11に開口142を設ける。さらに、開口142には、防塵用のメッシュを設けることが望ましい。   The sound wave 144 is not limited to an audible signal, and may be an ultrasonic wave. The microphone 140 can function as an ultrasonic sensor by designing the diaphragm 22 so that the resonance frequency of the diaphragm 22 is in the ultrasonic frequency band. More preferably, since the rectilinearity of the sound wave 144 is increased in the ultrasonic wave, the position of the opening 142 is disposed immediately above the diaphragm (not shown in FIG. 14) of the pressure sensor 141 or on the resin substrate 11 immediately below the diaphragm. An opening 142 is provided. Further, it is desirable to provide a dustproof mesh in the opening 142.

図15は、マイクロフォン140を携帯情報端末150に適用した例を概略的に示している。図15に示されるように、マイクロフォン140は、携帯情報端末150の端部に組み込まれている。例えば、マイクロフォン140は、圧力センサ141に含まれるダイヤフラム22が携帯情報端末150の表示部151が設けられた面に対して実質的に平行になるように配置される。なお、ダイヤフラム22の配置は、図14に示される配置例に限らず、適宜変更することができる。   FIG. 15 schematically shows an example in which the microphone 140 is applied to the portable information terminal 150. As shown in FIG. 15, the microphone 140 is incorporated at the end of the portable information terminal 150. For example, the microphone 140 is disposed such that the diaphragm 22 included in the pressure sensor 141 is substantially parallel to the surface on which the display unit 151 of the portable information terminal 150 is provided. The arrangement of the diaphragm 22 is not limited to the arrangement example shown in FIG. 14 and can be changed as appropriate.

なお、マイクロフォン140は、図15に示されるような携帯情報端末150に適用される例に限らず、ICレコーダやピンマイクロフォンなどに適用されてもよい。   The microphone 140 is not limited to the example applied to the portable information terminal 150 as shown in FIG. 15, but may be applied to an IC recorder, a pin microphone, or the like.

(第9の実施形態)
図16は、第9の実施形態に係る血圧センサ160を概略的に示している。図16に示される血圧センサ160は、人間の血圧を測定するものであって、圧力センサ161を備える。圧力センサ161は、第1から第7の実施形態において説明した圧力センサのいずれか又はその変形であり得る。本実施形態の圧力センサ161は、第1の実施形態に係る圧力センサであり、小型で高感度な圧力センシングが可能である。
血圧センサ160は、圧力センサ161を動脈血管162の上の皮膚163に押し当てることで、連続的に血圧測定を行うことができる。本実施形態によれば、高感度の血圧センサ160が提供される。
(Ninth embodiment)
FIG. 16 schematically shows a blood pressure sensor 160 according to the ninth embodiment. A blood pressure sensor 160 shown in FIG. 16 measures human blood pressure, and includes a pressure sensor 161. The pressure sensor 161 may be any of the pressure sensors described in the first to seventh embodiments or a modification thereof. The pressure sensor 161 of the present embodiment is a pressure sensor according to the first embodiment, and is small and highly sensitive pressure sensing is possible.
The blood pressure sensor 160 can continuously measure blood pressure by pressing the pressure sensor 161 against the skin 163 above the arterial blood vessel 162. According to this embodiment, a highly sensitive blood pressure sensor 160 is provided.

(第10の実施形態)
図17は、第10の実施形態に係るタッチパネル170を概略的に示している。タッチパネル170は、図17に示されるように、複数の第1配線174、複数の第2配線175、複数の圧力センサ171、及び制御部176を備える。圧力センサ171の各々は、第1から第7の実施形態に係る圧力センサのいずれか又はその変形であり得る。圧力センサ171は、ディスプレイの内部及びディスプレイの外部の少なくともいずれかに搭載される。
(Tenth embodiment)
FIG. 17 schematically shows a touch panel 170 according to the tenth embodiment. As shown in FIG. 17, the touch panel 170 includes a plurality of first wires 174, a plurality of second wires 175, a plurality of pressure sensors 171, and a control unit 176. Each of the pressure sensors 171 may be any of the pressure sensors according to the first to seventh embodiments or a modification thereof. The pressure sensor 171 is mounted on at least one of the inside of the display and the outside of the display.

複数の第1配線174は、第1方向に沿って並ぶ。複数の第1配線174のそれぞれは、第1方向と交差する第2方向に沿って延びる。複数の第2配線175は、第2方向に沿って並ぶ。複数の第2配線175のそれぞれは、第1方向に沿って延びる。   The plurality of first wirings 174 are arranged along the first direction. Each of the plurality of first wirings 174 extends along a second direction that intersects the first direction. The plurality of second wirings 175 are arranged along the second direction. Each of the plurality of second wirings 175 extends along the first direction.

複数の圧力センサ171のそれぞれは、複数の第1配線174と複数の第2配線175とのそれぞれの交差部に設けられる。圧力センサ171の各々は、検出のための検出要素171eの1つとなる。ここで、交差部は、第1配線174と第2配線175とが交差する位置及びその周辺の領域を含む。   Each of the plurality of pressure sensors 171 is provided at each intersection of the plurality of first wires 174 and the plurality of second wires 175. Each of the pressure sensors 171 becomes one of detection elements 171e for detection. Here, the intersection includes a position where the first wiring 174 and the second wiring 175 intersect and a region around the position.

複数の圧力センサ171のそれぞれの一端172は、複数の第1配線174のそれぞれと接続される。複数の圧力センサ171のそれぞれの他端173は、複数の第2配線175のそれぞれと接続される。   One end 172 of each of the plurality of pressure sensors 171 is connected to each of the plurality of first wirings 174. The other ends 173 of the plurality of pressure sensors 171 are connected to the plurality of second wirings 175, respectively.

制御部176は、複数の第1配線174と複数の第2配線175とに接続される。制御部176は、複数の第1配線174に接続された第1配線用回路176aと、複数の第2配線175に接続された第2配線用回路176bと、第1配線用回路176aと第2配線用回路176bとに接続された制御回路177と、を含む。   The control unit 176 is connected to the plurality of first wirings 174 and the plurality of second wirings 175. The control unit 176 includes a first wiring circuit 176a connected to the plurality of first wirings 174, a second wiring circuit 176b connected to the plurality of second wirings 175, the first wiring circuit 176a, and the second wiring circuit 176a. And a control circuit 177 connected to the wiring circuit 176b.

圧力センサ171は、小型で高感度な圧力センシングが可能である。そのため、高精細なタッチパネルを実現することが可能である。   The pressure sensor 171 is small and can perform highly sensitive pressure sensing. Therefore, a high-definition touch panel can be realized.

第1から第7の実施形態に係る圧力センサについては、上記の応用の他に、気圧センサやタイヤの空気圧センサなど、様々な圧力センサデバイスに用いることができる。   The pressure sensor according to the first to seventh embodiments can be used for various pressure sensor devices such as a pressure sensor and a tire pressure sensor in addition to the above application.

実施形態によれば、高感度の圧力センサ、マイクロフォン、超音波センサ、血圧センサ及びタッチパネルを提供することができる。   According to the embodiment, a highly sensitive pressure sensor, microphone, ultrasonic sensor, blood pressure sensor, and touch panel can be provided.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

11…樹脂基板、20…MEMSチップ、21…支持部、22…ダイヤフラム、22A…領域、22B…領域(低剛性化領域)、23…磁気抵抗素子、26…空洞部、51…第1磁性層、52…中間層、53…第2磁性層、140…マイクロフォン、141…圧力センサ、142…開口、143…カバー、144…音波、150…携帯情報端末、151…表示部、160…血圧センサ、161…圧力センサ、170…タッチパネル、171…圧力センサ、171e…検出要素、174,175…配線、176…制御部、176a…配線用回路、176b…配線用回路、177…制御回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Resin board | substrate, 20 ... MEMS chip, 21 ... Support part, 22 ... Diaphragm, 22A ... Area | region, 22B ... Area | region (low rigidity area | region), 23 ... Magnetoresistance element, 26 ... Cavity part, 51 ... 1st magnetic layer 52 ... Intermediate layer, 53 ... Second magnetic layer, 140 ... Microphone, 141 ... Pressure sensor, 142 ... Opening, 143 ... Cover, 144 ... Sound wave, 150 ... Portable information terminal, 151 ... Display unit, 160 ... Blood pressure sensor, 161 ... Pressure sensor, 170 ... Touch panel, 171 ... Pressure sensor, 171e ... Detection element, 174, 175 ... Wiring, 176 ... Control unit, 176a ... Wiring circuit, 176b ... Wiring circuit, 177 ... Control circuit.

Claims (1)

支持部と、
前記支持部によって支持された可撓性のある膜部であって、第1領域と、前記第1領域の剛性より低い剛性を有する第2領域と、を含む膜部と、
前記膜部に設けられ、第1磁性層、第2磁性層、及び前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に配置されたスペーサ層を含む磁気抵抗素子と、
を具備することを特徴とする圧力センサ。
A support part;
A flexible membrane portion supported by the support portion, the membrane portion including a first region and a second region having rigidity lower than that of the first region;
A magnetoresistive element provided in the film portion and including a first magnetic layer, a second magnetic layer, and a spacer layer disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer;
A pressure sensor comprising:
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