JP2019128291A - 圧力センサーモジュール、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】風（動圧）の影響を受け難く、搭載対象物への制約も小さい圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】圧力センサーモジュールは、圧力センサーと、圧力センサーを収納するパッケージと、を有する。パッケージは、圧力センサーを収納する第１空間と、第１空間の少なくとも一部を囲む環状の第２空間と、第１空間と第２空間とを仕切る内壁と、第２空間とパッケージの外側とを仕切る外壁と、を有する。外壁には、第２空間に対して互いに反対側に位置し、第２空間とパッケージの外側とを連通する一対の第１貫通孔が設けられ、内壁には、第１空間に対して互いに反対側に位置し、第１空間と第２空間とを連通する一対の第２貫通孔が設けられている。そして、一対の第１貫通孔を結ぶ第１軸と、一対の第２貫通孔を結ぶ第２軸とが直交している。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体に関するものである。

例えば、特許文献１には時計の筐体内に配置された圧力センサーが記載されている。また、特許文献１では、筐体に圧力センサーに繋がる複数の流路が形成されており、これら各流路の圧力損失を等しくすることにより、風（動圧）の影響を受け難くしている。

特開２０１７−１７３０１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている構成では、圧力損失の等しい複数の流路を形成するために、時計の筐体（圧力センサーの搭載対象物）に多大な制約を与えてしまうという問題がある。

本発明の目的は、風（動圧）の影響を受け難く、搭載対象物への制約も小さい圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

本発明の圧力センサーモジュールは、圧力センサーと、
前記圧力センサーを収納するパッケージと、を有し、
前記パッケージは、
前記圧力センサーを収納する第１空間と、
前記第１空間の少なくとも一部を囲む環状の第２空間と、
前記第１空間と前記第２空間とを仕切る内壁と、
前記第２空間と前記パッケージの外側とを仕切る外壁と、を有し、
前記外壁には、前記平面視で、前記第２空間に対して互いに反対側に位置し、前記第２空間と前記パッケージの外側とを連通する一対の第１貫通孔が設けられ、
前記内壁には、前記平面視で、前記第１空間に対して互いに反対側に位置し、前記第１空間と前記第２空間とを連通する一対の第２貫通孔が設けられ、
前記平面視で、前記一対の第１貫通孔を結ぶ第１軸と、前記一対の第２貫通孔を結ぶ第２軸とが直交していることを特徴とする。
これにより、第１空間内を風（動圧）の影響を受け難い静的な状態に保つことができる。したがって、圧力センサーによって、精度よく圧力を検出することができる。さらには、パッケージを工夫することにより風の影響を受け難くしているため、従来のように搭載対象物自体に風の影響を受け難くする工夫を施す必要がなく、搭載対象物への制約も小さくなる。

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記内壁および前記外壁は、それぞれ、前記平面視で円筒状をなし、同心的に配置されていることが好ましい。
これにより、外壁の外周面に沿って風が流れ易くなると共に、第２空間内を風が通り抜け易くなる。したがって、乱流の発生が抑えられ、第１空間をより確実に静的な状態に保つことができる。

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記一対の第１貫通孔および前記一対の第２貫通孔は、同一面上に位置していることが好ましい。
これにより、第１空間をより確実に静的な状態に保つことができる。

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記圧力センサーは、前記パッケージから浮遊していることが好ましい。
これにより、パッケージから圧力センサーに応力が伝わり難くなり、圧力センサーの圧力検出精度が向上する。

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記第１空間に配置され、前記圧力センサーを覆う充填材を有することが好ましい。
これにより、圧力センサーを保護（防塵および防水）すると共に、パッケージに作用した外部応力が圧力センサーに伝わり難くなる。

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記第１空間は、
前記圧力センサーが収納されている第１領域と、
前記第１領域に対して縮幅し、周囲に前記第２空間が配置されている第２領域と、を有することが好ましい。
これにより、圧力センサーを収納するスペースを十分に確保しつつ、第１空間を小さくすることができ、パッケージの小型化を図ることができる。

本発明の圧力センサーモジュールでは、前記第１空間に収容され、前記圧力センサーと電気的に接続されている回路素子を有することが好ましい。
これにより、回路素子を保護することができる。また、回路素子を圧力センサーのより近くに配置することができるため、圧力センサーからの検出信号にノイズが生じ難く、より精度よく圧力を検出することのできる圧力センサーモジュールとなる。

本発明の電子機器は、本発明の圧力センサーモジュールを有することを特徴とする。
これにより、本発明の圧力センサーモジュールの効果を享受でき、信頼性の高い電子機器が得られる。

本発明の電子機器では、前記電子機器の筐体が前記外壁を兼ねていることが好ましい。 これにより、電子機器の小型化を図ることができる。

本発明の移動体は、本発明の圧力センサーモジュールを有することを特徴とする。
これにより、本発明の圧力センサーモジュールの効果を享受でき、信頼性の高い移動体が得られる。

本発明の移動体では、前記移動体の筐体が前記外壁を兼ねていることが好ましい。
これにより、移動体の小型化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサーモジュールの縦断面図である。 圧力センサーの縦断面図である。 圧力センサーが有するセンサー部の平面図である。 センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。 パッケージの上端部における横断面図である。 パッケージの作用を説明するための横断面図である。 パッケージの作用を説明するための横断面図である。 パッケージへの風の入射角度と圧力変化の関係とを示すグラフである。 パッケージの下端部における平面図である。 本発明の第２実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。 図１０に示す高度計の変形例が有する筐体の横断面図である。 図１１に示す筐体の縦断面図である。 図１１に示す筐体に搭載された圧力センサーの縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。 本発明の第４実施形態に係る移動体としてのドローン飛行体を示す斜視図である。 図１５に示すドローン飛行体の変形例が有する筐体の横断面図である。 図１６に示す筐体の縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。

以下、本発明の圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る圧力センサーについて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサーモジュールの縦断面図である。図２は、圧力センサーの縦断面図である。図３は、圧力センサーが有するセンサー部の平面図である。図４は、センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。図５は、パッケージの上端部における横断面図である。図６および図７は、それぞれ、パッケージの作用を説明するための横断面図である。図８は、パッケージへの風の入射角度と圧力変化の関係とを示すグラフである。図９は、パッケージの下端部における平面図である。なお、以下の説明では、図１および図２中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。また、図１中の上下方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。

図１に示す圧力センサーモジュール１は、収納空間Ｓ１を有するパッケージ２と、収納空間Ｓ１に収納された回路素子９（ＩＣチップ）および圧力センサー４と、回路素子９および圧力センサー４を覆うように収納空間Ｓ１に充填された充填材８と、を有している。

［圧力センサー］
図２に示すように、圧力センサー４は、受圧により撓み変形するダイアフラム５５を有する基板５と、ダイアフラム５５の上側に配置された圧力基準室Ｓ（空洞部）と、基板５と共に圧力基準室Ｓを形成する周囲構造体６と、ダイアフラム５５に配置されたセンサー部７と、を有している。

図２に示すように、基板５は、シリコンで構成された第１層５１と、第１層５１の上側側に配置され、シリコンで構成された第３層５３と、第１層５１および第３層５３の間に配置され、酸化シリコンで構成された第２層５２と、を有するＳＯＩ基板で構成されている。なお、基板５としては、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、単層のシリコン基板を用いることもできる。また、基板５は、シリコン以外の半導体材料、例えば、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等で構成された基板（半導体基板）であってもよい。

基板５には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム５５が形成されている。基板５には下方に開放する有底の凹部５４が形成され、この凹部５４によって基板５が薄くなっている部分がダイアフラム５５となっている。また、ダイアフラム５５は、その下面が圧力を受ける受圧面５５１となっている。

ダイアフラム５５には、ダイアフラム５５に作用する圧力を検出し得るセンサー部７が設けられている。図３に示すように、センサー部７は、ダイアフラム５５に設けられた４つのピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４を有している。そして、ピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４は、配線７５を介して互いに電気的に接続され、図４に示すブリッジ回路７０（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。ブリッジ回路７０には駆動電圧ＡＶＤＣを供給（印加）する駆動回路が接続されている。そして、ブリッジ回路７０は、ダイアフラム５５の撓みに基づくピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４の抵抗値変化に応じた検出信号（電圧）を出力する。そのため、この出力された検出信号に基づいてダイアフラム５５が受けた圧力を検出することができる。

ピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４は、例えば、基板５の第３層５３にリン、ボロン、砒素等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。また、配線７５は、例えば、基板５の第３層５３に、ピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４よりも高濃度でリン、ボロン、砒素等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。

また、図２に示すように、基板５の上面には、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）からなる第１絶縁膜８１が成膜されている。第１絶縁膜８１によって、ピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４の界面準位を低減してノイズの発生を抑制することができる。また、第１絶縁膜８１の上面には、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる第２絶縁膜８２が成膜されている。第２絶縁膜８２によって、センサー部７を水分、ガス等から保護することができる。また、第２絶縁膜８２の上面には、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる第３絶縁膜８３が成膜されている。第３絶縁膜８３は、ダイアフラム５５と重ならないように枠状に形成されている。

図２に示すように、ダイアフラム５５の上側には、圧力基準室Ｓが設けられている。圧力基準室Ｓは、基板５と周囲構造体６とに囲まれることで形成されている。圧力基準室Ｓは、密閉された空間であり、圧力基準室Ｓ内の圧力が、圧力センサー４が検出する圧力の基準値となる。特に、圧力基準室Ｓは、減圧状態、特に真空状態または真空状態により近い状態（例えば、１０Ｐａ以下）であることが好ましい。なお、圧力基準室Ｓは、一定の圧力に保たれていれば、真空状態でなくてもよい。

周囲構造体６は、基板５との間に圧力基準室Ｓを形成している。このような周囲構造体６は、基板５上に配置された層間絶縁膜６１と、層間絶縁膜６１上に配置された配線層６２と、配線層６２および層間絶縁膜６１上に配置された層間絶縁膜６３と、層間絶縁膜６３上に配置された配線層６４と、配線層６４および層間絶縁膜６３上に配置された表面保護膜６５と、配線層６４および表面保護膜６５上に配置された封止層６６と、表面保護膜６５上に配置された端子６７と、を有している。

層間絶縁膜６１、６３は、それぞれ、枠状をなし、平面視でダイアフラム５５を囲むように配置されている。層間絶縁膜６１、６３の構成材料としては、特に限定されず、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等を用いることができる。

配線層６２は、圧力基準室Ｓを囲んで配置された枠状のガードリング６２１と、センサー部７の配線７５と接続された配線部６２９とを有している。また、配線層６４は、圧力基準室Ｓを囲んで配置された枠状のガードリング６４１と、配線７５と接続された配線部６４９とを有している。配線層６２、６４の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ニッケル、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、チタン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等が挙げられる。

表面保護膜６５は、周囲構造体６を水分、ガス、ゴミ、傷等から保護する機能を有している。表面保護膜６５の構成材料としては、特に限定されず、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン等のシリコン系材料、ポリイミド、エポキシ樹脂等の各種樹脂材料を用いることができる。また、表面保護膜６５上には配線部６２９、６４９を介してセンサー部７と電気的に接続されている複数の端子６７が設けられている。

封止層６６は、圧力基準室Ｓを介してダイアフラム５５と対向して配置され、圧力基準室Ｓを封止している。図２に示すように、封止層６６は、下面が圧力基準室Ｓに臨む第１封止層６６１と、第１封止層６６１の上面に積層された第２封止層６６２と、第２封止層６６２の上面に積層された第３封止層６６３と、を有する３層構造をなしている。第１封止層６６１、第２封止層６６２および第３封止層６６３の構成材料としては、特に限定されないが、本実施形態では、第１封止層６６１および第３封止層６６３がそれぞれシリコン（Ｓｉ）で構成されており、第２封止層６６２が酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で構成されている。

図２に示すように、第１封止層６６１には複数の貫通孔６６１ａが形成されている。複数の貫通孔６６１ａは、製造途中まで圧力基準室Ｓを埋めている犠牲層を除去するためのリリースエッチング用の孔として利用される。そして、第１封止層６６１には第２封止層６６２が積層され、第２封止層６６２によって貫通孔６６１ａが封止されている。

第２封止層６６２には第３封止層６６３が積層されている。第３封止層６６３は、主に、材料が同じ第１封止層６６１との間に、異なる材料で構成された第２封止層６６２を挟み込むことにより、封止層６６の熱膨張時の面外方向への撓みを抑制するための層である。これにより、特に、封止層６６の撓みを抑制することができ、封止層６６とダイアフラム５５との接触を抑制することができる。また、第２封止層６６２の成膜不良等により、第２封止層６６２によっては貫通孔６６１ａを塞ぐことができなかった場合には、第３封止層６６３によって貫通孔６６１ａを塞ぐこともできる。これにより、圧力基準室Ｓをより確実に封止することができる。

以上、圧力センサー４について説明したが、圧力センサー４の構成としては、特に限定されない。

［回路素子］
図１に示すように、回路素子９は、圧力センサー４と共に収納空間Ｓ１に収納されている。このような回路素子９は、後述する支持基板２３を介して圧力センサー４と電気的に接続されており、例えば、ブリッジ回路７０に電圧を供給するための駆動回路、ブリッジ回路７０からの出力から圧力センサー４が受けた圧力を求める圧力検出回路、圧力検出回路からの出力を所定の出力形式に変換して出力する出力回路等を有している。

［パッケージ］
図１に示すように、パッケージ２は、ベース２１と、ハウジング２２と、支持基板２３と、を有している。また、ベース２１は、第１ベース２１１と、第２ベース２１２と、を有しおり、第１ベース２１１と第２ベース２１２とが支持基板２３を挟み込むようにして互いに接着層を介して接合されている。このようにして形成されたベース２１は、その内部に形成された収納空間Ｓ１と、その上端部に形成され、収納空間Ｓ１と連通する開口２１０と、を有している。そして、収納空間Ｓ１に回路素子９および圧力センサー４が収納されている。これにより、パッケージ２によって回路素子９および圧力センサー４を衝撃等から保護することができる。

また、ベース２１は、その下側の部分である下端部２１Ａと、その上側の部分である上端部２１Ｂ（外壁）と、を有している。そして、ベース２１の平面視（図１中の上下方向からの平面視）で、下端部２１Ａが略正方形となっており（図９参照）、上端部２１Ｂが略円形となっている（図５参照）。

ただし、ベース２１の形状としては、これに限定されず、例えば、下端部２１Ａは、正方形ではなく、円形（楕円、長円等を含む）、三角形、正方形以外の四角形、五角形以上の多角形、異形等いかなる形状であってもよい。同様に、上端部２１Ｂは、円形ではなく、三角形、四角形、五角形以上の多角形、異形等いかなる形状であってもよい。また、下端部２１Ａと上端部２１Ｂとを異なる形状とする必要はなく、例えば、共に円形となっている等、同じ形状であってもよい。

ハウジング２２は、ベース２１の開口２１０を塞ぐキャップとして機能する。ハウジング２２は、内部に空間Ｓ２を有する円筒状の基部２２１（内壁）と、基部２２１の上端部に設けられた上部フランジ２２２と、基部２２１の下端部に設けられた下部フランジ２２３と、を有している。そして、上部フランジ２２２によってベース２１の開口２１０が塞がれており、基部２２１と下部フランジ２２３とが収納空間Ｓ１に挿入されている。

また、図５に示すように、基部２２１は、ベース２１の上端部２１Ｂ内に位置し、円筒状をなし、その外径が上端部２１Ｂの内径よりも小さい。また、基部２２１は、上端部２１Ｂと同軸的に配置されている。そのため、基部２２１と上端部２１Ｂとの間には空間Ｓ２を囲む環状の空間Ｓ３が形成されている。また、図１に示すように、下部フランジ２２３は、ベース２１の上端部２１Ｂ内に位置し、空間Ｓ３と、ベース２１の下端部２１Ａ内の空間Ｓ４と、を仕切っている。すなわち、収納空間Ｓ１は、基部２２１内の空間Ｓ２（第２領域）と、空間Ｓ２の周囲に位置する環状の空間Ｓ３と、空間Ｓ２、Ｓ３の下方に位置する空間Ｓ４（第１領域）と、に仕切られている。そして、空間Ｓ４に回路素子９および圧力センサー４が配置されている。

なお、図１に示すように、本実施形態では、ベース２１とハウジング２２とを気密的に固定するために、上部フランジ２２２の下面とベース２１の上面との間にシール部材２４１を配置し、下部フランジ２２３の外周面と上端部２１Ｂの内周面との間にシール部材２４２を配置している。

下部フランジ２２３には空間Ｓ２と空間Ｓ４とを連通する貫通孔２５３が設けられている。言い換えると、下部フランジ２２３は、基部２２１の下側開口を塞がないように設けられている。そして、空間Ｓ２と空間Ｓ４とによって第１空間Ｓ’が形成され、空間Ｓ３によって第２空間Ｓ”が形成されている。

第１空間Ｓ’において、空間Ｓ２の幅Ｗ２は、空間Ｓ４の幅Ｗ４よりも狭くなっている。すなわち、空間Ｓ２は、空間Ｓ４に対して縮幅している。このように、第１空間Ｓ’が、空間Ｓ４と、空間Ｓ４に対して縮幅した空間Ｓ２と、を有することにより、回路素子９および圧力センサー４を収納するスペース（空間Ｓ４の広さ）を十分に確保しつつ、第１空間Ｓ’全体を小さくすることができる。そのため、パッケージ２の小型化を図ることができる。ただし、これに限定されず、例えば、第１空間Ｓ’は、空間Ｓ２のみから構成されており、空間Ｓ２に回路素子９および圧力センサー４が配置されていてもよい。

図１に示すように、ベース２１の上端部２１Ｂにはパッケージ２の外側と空間Ｓ３とを連通する一対の貫通孔２５１（第１貫通孔）が設けられている。また、ハウジング２２の基部２２１には空間Ｓ２と空間Ｓ３とを連通する一対の貫通孔２５２（第２貫通孔）が設けられている。図５に示すように、パッケージ２の平面視で、パッケージ２の中心軸Ｏと交わり、互いに直交する軸を第１軸Ｘおよび第２軸Ｙとしたとき、一対の貫通孔２５１は、中心軸Ｏに対して互いに反対側に位置し、かつ、第１軸Ｘに沿って形成され、一対の貫通孔２５２は、中心軸Ｏに対して互いに反対側に位置し、かつ、第２軸Ｙに沿って形成されている。言い換えると、一対の貫通孔２５１を通る第１軸Ｘと一対の貫通孔２５２を通る第２軸Ｙとが直交し、さらには、その交点が中心軸Ｏと一致している。なお、「第１軸Ｘと第２軸Ｙとが直交する」とは、第１軸Ｘおよび第２軸Ｙが９０°で交差する場合の他、９０°から若干ずれた角度（例えば製造上生じ得る誤差であり、８０°以上１００°以下程度）で交差する場合を含む意味である。

このような構成とすると、第１空間Ｓ’を動圧（風）の影響を実質的に受けない（受け難い）静的な状態に保つことができる。具体的には、図６に示すように、パッケージ２が第２軸Ｙに沿う方向（０°）の風Ｗを受けたときは、一対の貫通孔２５１が静圧孔として機能し、第１空間Ｓ’および第２空間Ｓ”が共に静的な状態に保たれる。一方、図７に示すように、パッケージ２が第１軸Ｘに沿う方向（９０°）の風Ｗを受けたときは、第２空間Ｓ”内を風Ｗが通過するため、第２空間Ｓ”については動的な状態となるが、一対の貫通孔２５２が静圧孔として機能し、第１空間Ｓ’については静的な状態に保たれる。また、第１軸Ｘおよび第２軸Ｙに対して傾斜する方向（０°超９０°未満）の風を受けたときも同様に、一対の貫通孔２５２が静圧孔として機能し、第１空間Ｓ’については静的な状態に保たれる。

図８に、風速が３ｍ／ｓ程度の風を当てたときの、その入射角と第１空間Ｓ’内の圧力との関係を示す。同図に示すように、入射角に影響されることなく、第１空間Ｓ’の圧力にほとんど変化が無いこと、すなわち第１空間Ｓ’が静的な状態に保たれていることが分かる。

特に、本実施形態では、基部２２１および上端部２１Ｂが、それぞれ、平面視で円筒状をなし、同軸的に配置されている。そのため、上端部２１Ｂの外周面に沿って風が流れ易くなると共に、第２空間Ｓ”を風が通り抜け易くなる。したがって、乱流の発生が抑制され、上述した効果がより著顕となり、第１空間Ｓ’をより確実に静的な状態に保つことができる。

さらには、本実施形態では、一対の貫通孔２５１および一対の貫通孔２５２は、中心軸Ｏに直交する同一の面Ｆ上に位置している（図１参照）。すなわち、一対の貫通孔２５１および一対の貫通孔２５２は、その高さが互いに揃っている。そのため、上述した作用がより効果的に発揮され、第１空間Ｓ’をより確実に静的な状態に保つことができる。ただし、一対の貫通孔２５１および一対の貫通孔２５２の配置は、特に限定されず、例えば、一対の貫通孔２５１と一対の貫通孔２５２とが高さ方向にずれて配置されていてもよい。

また、一対の貫通孔２５１および一対の貫通孔２５２は、それぞれ、円形の開口形状となっており、互いにほぼ等しい径を有している。ただし、これに限定されず、一対の貫通孔２５１および一対の貫通孔２５２は、それぞれ、楕円形、長円形、三角形、四角形、異形等いかなる形状であってもよいし、少なくとも１つの貫通孔が他の貫通孔と異なる形状となっていてもよい。また、少なくとも１つの貫通孔の径が他の貫通孔の径と異なっていてもよい。

静的な状態に保たれる第１空間Ｓ’に圧力センサー４が収納されているため、圧力センサー４は、風（動圧）の影響を受け難く、検出対象である圧力（静圧）を精度よく検出することができる。特に、本実施形態では、第１空間Ｓ’が、一対の貫通孔２５２に面する空間Ｓ２（第２領域）と、空間Ｓ２の下方に位置する空間Ｓ４（第１領域）と、を有し、空間Ｓ４に圧力センサー４を収納していることから、圧力センサー４を一対の貫通孔２５２から離間させて配置することができる。そのため、圧力センサー４は、風の影響をより受け難くなる。

以上、ベース２１およびハウジング２２について説明した。これらベース２１およびハウジング２２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化物セラミックスのような各種セラミックスや、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂のような各種樹脂材料等の絶縁性材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、各種セラミックスを用いることが特に好ましい。

支持基板２３は、前述したように、第１ベース２１１と第２ベース２１２との間に挟まれており、収納空間Ｓ１（空間Ｓ４）内からベース２１の外側に引き出されている。また、支持基板２３は、回路素子９および圧力センサー４を支持すると共に、回路素子９および圧力センサー４を電気的に接続している。このような支持基板２３は、図９に示すように、可撓性を有する基材２３１と、基材２３１に配置された複数の配線２３９と、を有している。

基材２３１は、開口２３２ａを有する枠状の基部２３２と、基部２３２から延出する帯状の帯体２３３と、を有している。そして、基部２３２の外縁部において第１ベース２１１と第２ベース２１２とに挟まれ、帯体２３３がベース２１の外側に延出している。このような基材２３１としては、例えば、一般的に用いられているフレキシブルプリント基板を用いることができる。なお、本実施形態では基材２３１が可撓性を有しているが、基材２３１の全部または一部は、硬質であってもよい。

基材２３１の平面視で、回路素子９および圧力センサー４は、開口２３２ａの内側に位置し、並んで配置されている。また、回路素子９および圧力センサー４は、それぞれ、ボンディングワイヤーＢＷを介して基材２３１に吊られ、パッケージ２から浮遊した状態で支持基板２３に支持されている。また、回路素子９および圧力センサー４は、それぞれ、ボンディングワイヤーＢＷおよび配線２３９を介して電気的に接続されている。このように、回路素子９および圧力センサー４をパッケージ２から浮遊した状態で支持することにより、パッケージ２から回路素子９および圧力センサー４に応力が伝わり難くなり、圧力センサー４の圧力検出精度が向上する。

［充填材］
図１に示すように、充填材８は、回路素子９および圧力センサー４を覆うように収納空間Ｓ１（空間Ｓ４）に配置されている。そのため、外圧は、充填材８を介してダイアフラム５５に作用する。このような充填材８により、回路素子９および圧力センサー４を保護（防塵および防水）すると共に、パッケージ２に作用した外部応力が回路素子９および圧力センサー４に伝わり難くなる。

充填材８は、液状またはゲル状であること好ましく、回路素子９および圧力センサー４の過剰な変位を抑制することができる点で、特にゲル状であるのが好ましい。このような充填材８によれば、回路素子９および圧力センサー４を水分から効果的に保護することができると共に、圧力を効率的に圧力センサー４へ伝達することができる。このような充填材８としては、特に限定されず、例えば、シリコーンオイル、フッ素系オイル、シリコーンゲル等を用いることができる。

以上、圧力センサーモジュール１について説明した。このような圧力センサーモジュール１は、前述したように、圧力センサー４と、圧力センサー４を収納するパッケージ２と、を有している。また、パッケージ２は、圧力センサー４を収納する第１空間Ｓ’と、平面視で、第１空間Ｓ’の少なくとも一部を囲む環状の第２空間Ｓ”と、第１空間Ｓ’と第２空間Ｓ”とを仕切る基部２２１（内壁）と、第２空間Ｓ”とパッケージ２の外側とを仕切る上端部２１Ｂ（外壁）と、を有している。そして、上端部２１Ｂには、平面視で、第２空間Ｓ”に対して互いに反対側に位置し、第２空間Ｓ”とパッケージ２の外側とを連通する一対の貫通孔２５１（第１貫通孔）が設けられ、基部２２１には、平面視で、第１空間Ｓ’に対して互いに反対側に位置し、第１空間Ｓ’と第２空間Ｓ”とを連通する一対の貫通孔２５２（第２貫通孔）が設けられている。さらには、平面視で、一対の貫通孔２５１を結ぶ第１軸Ｘと、一対の貫通孔２５２を結ぶ第２軸Ｙとが直交している。これにより、前述したように、第１空間Ｓ’内を風（動圧）の影響を実質的に受けない静的な状態に維持することができる。したがって、圧力センサー４によって、精度よく圧力を検出することができる。さらには、パッケージ２を工夫することにより風（動圧）の影響を受け難くしているため、従来のように搭載対象物（例えば、後述する電子機器や移動体）自体に風の影響を受け難くする工夫を施す必要がなく、搭載対象物への制約も小さくなる。

また、前述したように、基部２２１（内壁）および上端部２１Ｂ（外壁）は、それぞれ、平面視で円筒状をなし、同心的に配置されている。そのため、上端部２１Ｂの外周面に沿って風が流れ易くなると共に、第２空間Ｓ”内を風が通り抜け易くなる。したがって、第１空間Ｓ’をより確実に静的な状態に保つことができる。

また、前述したように、一対の貫通孔２５１および一対の貫通孔２５２は、同一面上に位置している。これにより、第１空間Ｓ’をより確実に静的な状態に保つことができる。

また、前述したように、圧力センサー４は、パッケージ２から浮遊している。これにより、パッケージ２から圧力センサー４に応力が伝わり難くなり、圧力センサー４の圧力検出精度が向上する。

また、前述したように、圧力センサーモジュール１は、第１空間Ｓ’に配置され、圧力センサー４を覆う充填材８を有している。これにより、圧力センサー４を保護（防塵および防水）すると共に、パッケージ２に作用した外部応力が圧力センサー４に伝わり難くなる。

また、前述したように、第１空間Ｓ’は、圧力センサー４が収納されている空間Ｓ４（第１領域）と、空間Ｓ４に対して縮幅し、周囲に第２空間Ｓ”が配置されている空間Ｓ２（第２領域）と、を有している。これにより、圧力センサー４を収納するスペースを十分に確保しつつ、第１空間Ｓ’を小さくすることができ、パッケージ２の小型化を図ることができる。

また、前述したように、圧力センサーモジュール１は、第１空間Ｓ’に収容され、圧力センサー４と電気的に接続されている回路素子９を有している。これにより、回路素子９を保護することができる。また、回路素子９を圧力センサー４のより近くに配置することができるため、圧力センサー４からの検出信号にノイズが生じ難く、より精度よく圧力を検出することのできる圧力センサーモジュール１となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る電子機器について説明する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。図１１は、図１０に示す高度計の変形例が有する筐体の横断面図である。図１２は、図１１に示す筐体の縦断面図である。図１３は、図１１に示す筐体に搭載された圧力センサーの縦断面図である。

図１０に示すように、電子機器としての高度計１０００は、腕時計のように手首に装着することができる。このような高度計１０００は、筐体１２００と、筐体１２００に設けられた表示部１１００と、を有している。また、筐体１２００には、圧力センサーモジュール１が搭載されており、表示部１１００に現在地の海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。なお、表示部１１００には、現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。

このような電子機器の一例である高度計１０００は、圧力センサーモジュール１を有している。そのため、高度計１０００は、前述した圧力センサーモジュール１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本実施形態の変形例として、次のような構成とすることもできる。図１１および図１２に示すように、高度計１０００の筐体１２００は、その内部に圧力センサーモジュール１を配置するための空間１２１０と、空間１２１０に対して互いに反対側に位置し、空間１２１０と筐体１２００の外周面とを連通する一対の貫通孔１２２０と、を有している。一対の貫通孔１２２０は、第１軸Ｘに沿って形成されている。また、空間１２１０に配置された圧力センサーモジュール１は、図１３に示すように、前述した第１実施形態の構成から、ハウジング２２の基部２２１および下部フランジ２２３が省略されている。また、ベース２１に形成された一対の貫通孔２５１は、第２軸Ｙに沿って形成されている。

このような構成では、筐体１２００が本発明の「外壁」を構成し、パッケージ２が本発明の「内壁」を構成し、収納空間Ｓ１が本発明の「第１空間」を構成し、空間１２１０が本発明の「第２空間」を構成し、貫通孔１２２０が本発明の「第１貫通孔」を構成し、貫通孔２５１が本発明の「第２貫通孔」を構成している。このように、本構成では、筐体１２００が外壁を兼ねている。これにより、パッケージ２の小型化を図ることができ、よって、高度計１０００の小型化を図ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る電子機器について説明する。

図１４は、本発明の第３実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。

図１４に示すように、電子機器としてのナビゲーションシステム２０００は、筐体２２００と、筐体２２００に設けられ、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部２１００と、を備えている。また、筐体２２００内には、図示しない地図情報と、ＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、圧力センサーモジュール１と、が搭載されている。

このナビゲーションシステム２０００によれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。そこで、ナビゲーションシステム２０００に圧力センサーモジュール１を搭載し、高度情報を圧力センサーモジュール１によって取得することにより、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出することができ、高架道路の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。

このような電子機器の一例としてのナビゲーションシステム２０００は、圧力センサーモジュール１を有している。そのため、ナビゲーションシステム２０００は、前述した圧力センサーモジュール１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本実施形態のナビゲーションシステム２０００においても、前述した第２実施形態と同様に、ナビゲーションシステム２０００の筐体２２００が本発明の「外壁」を兼ねていてもよい。

本発明の電子機器は、前述の高度計１０００およびナビゲーションシステム２０００に限定されず、その他にも、例えば、パーソナルコンピューター、デジタルスチールカメラ、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、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）、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等に適用することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る移動体について説明する。

図１５は、本発明の第４実施形態に係る移動体としてのドローン飛行体を示す斜視図である。図１６は、図１５に示すドローン飛行体の変形例が有する筐体の横断面図である。図１７は、図１６に示す筐体の縦断面図である。

図１５に示すように、移動体としてのドローン飛行体４０００（無人飛行体）は、ボディ４１００およびボディ４１００から４方向に延びる４つのアーム４２００を備える筐体４３００と、各アーム４２００の先端部に設けられた垂直状のプロペラ４４００と、を有している。また、ボディ４１００には、ドローン飛行体４０００の姿勢や移動速度等を検出するための図示しないジャイロセンサーおよび加速度センサーや、各プロペラ４４００の駆動を独立して制御する図示しない制御装置等が搭載されている。また、ボディ４１００には、圧力センサーモジュール１が搭載されており、ドローン飛行体４０００の高度を検出できるようになっている。

このような移動体の一例としてのドローン飛行体４０００は、圧力センサーモジュール１を有している。そのため、ドローン飛行体４０００は、前述した圧力センサーモジュール１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。なお、ドローン飛行体４０００の構成としては、特に限定されず、例えば、各アーム４２００の先端部に圧力センサーモジュール１が設けられており、４つの圧力センサーモジュール１から得られる高度の差によってドローン飛行体４０００の姿勢を検出できるようになっていてもよい。

なお、本実施形態の変形例として、次のような構成とすることもできる。図１６および図１７に示すように、ドローン飛行体４０００の筐体４３００は、その内部に圧力センサーモジュール１を配置するための空間４３１０と、空間４３１０に対して互いに反対側に位置し、空間４３１０と筐体４３００の外周面とを連通する一対の貫通孔４３２０と、を有している。なお、一対の貫通孔４３２０は、第１軸Ｘに沿って形成されている。また、空間４３１０に配置された圧力センサーモジュール１は、前述した第２実施形態と同様に、図１３に示すような構成となっている。

このような構成では、筐体４３００が本発明の「外壁」を構成し、パッケージ２が本発明の「内壁」を構成し、収納空間Ｓ１が本発明の「第１空間」を構成し、空間４３１０が本発明の「第２空間」を構成し、貫通孔４３２０が本発明の「第１貫通孔」を構成し、貫通孔２５１が本発明の「第２貫通孔」を構成している。このように、本構成では、筐体４３００が外壁を兼ねている。これにより、パッケージ２の小型化を図ることができ、よって、ドローン飛行体４０００の小型化を図ることができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る移動体について説明する。

図１８は、本発明の第５実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。

図１８に示すように、移動体としての自動車３０００は、車体３１００と、４つの車輪３２００（タイヤ）と、を有しており、車体３１００に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪３２００を回転させるように構成されている。また、自動車３０００は、車体３１００に搭載されている電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）３３００を有しており、この電子制御ユニット３３００に圧力センサーモジュール１が内蔵されている。電子制御ユニット３３００は、圧力センサーモジュール１が車体３１００の加速度や傾斜等を検出することにより、移動状態や姿勢等を把握し、車輪３２００等の制御を的確に行うことができる。これにより、自動車３０００は、安全で安定した移動をすることができる。なお、圧力センサーモジュール１は、自動車３０００に備えられているナビゲーションシステム等に搭載されていてもよい。

このような移動体の一例としての自動車３０００は、圧力センサーモジュール１を有している。そのため、自動車３０００は、前述した圧力センサーモジュール１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本実施形態の自動車３０００においても、前述した第４実施形態と同様に、自動車３０００の車体３１００（筐体）が本発明の「外壁」を兼ねていてもよい。

以上、本発明の圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…圧力センサーモジュール、２…パッケージ、２１…ベース、２１Ａ…下端部、２１Ｂ…上端部、２１０…開口、２１１…第１ベース、２１２…第２ベース、２２…ハウジング、２２１…基部、２２２…上部フランジ、２２３…下部フランジ、２３…支持基板、２３１…基材、２３２…基部、２３２ａ…開口、２３３…帯体、２３９…配線、２４１、２４２…シール部材、２５１、２５２、２５３…貫通孔、４…圧力センサー、５…基板、５１…第１層、５２…第２層、５３…第３層、５４…凹部、５５…ダイアフラム、５５１…受圧面、６…周囲構造体、６１…層間絶縁膜、６２…配線層、６２１…ガードリング、６２９…配線部、６３…層間絶縁膜、６４…配線層、６４１…ガードリング、６４９…配線部、６５…表面保護膜、６６…封止層、６６１…第１封止層、６６１ａ…貫通孔、６６２…第２封止層、６６３…第３封止層、６７…端子、７…センサー部、７０…ブリッジ回路、７１、７２、７３、７４…ピエゾ抵抗素子、７５…配線、８…充填材、８１…第１絶縁膜、８２…第２絶縁膜、８３…第３絶縁膜、９…回路素子、１０００…高度計、１１００…表示部、１２００…筐体、１２１０…空間、１２２０…貫通孔、２０００…ナビゲーションシステム、２１００…表示部、２２００…筐体、３０００…自動車、３１００…車体、３２００…車輪、３３００…電子制御ユニット、４０００…ドローン飛行体、４１００…ボディ、４２００…アーム、４３００…筐体、４３１０…空間、４３２０…貫通孔、４４００…プロペラ、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｆ…面、Ｏ…中心軸、Ｓ…圧力基準室、Ｓ’…第１空間、Ｓ”…第２空間、Ｓ１…収納空間、Ｓ２…空間、Ｓ３…空間、Ｓ４…空間、Ｗ…風、Ｗ２、Ｗ４…幅、Ｘ…第１軸、Ｙ…第２軸

Claims (11)

1. 圧力センサーと、
   前記圧力センサーを収納するパッケージと、を有し、
   前記パッケージは、
   前記圧力センサーを収納する第１空間と、
   前記第１空間の少なくとも一部を囲む環状の第２空間と、
   前記第１空間と前記第２空間とを仕切る内壁と、
   前記第２空間と前記パッケージの外側とを仕切る外壁と、を有し、
   前記外壁には、前記平面視で、前記第２空間に対して互いに反対側に位置し、前記第２空間と前記パッケージの外側とを連通する一対の第１貫通孔が設けられ、
   前記内壁には、前記平面視で、前記第１空間に対して互いに反対側に位置し、前記第１空間と前記第２空間とを連通する一対の第２貫通孔が設けられ、
   前記平面視で、前記一対の第１貫通孔を結ぶ第１軸と、前記一対の第２貫通孔を結ぶ第２軸とが直交していることを特徴とする圧力センサーモジュール。
2. 前記内壁および前記外壁は、それぞれ、前記平面視で円筒状をなし、同心的に配置されている請求項１に記載の圧力センサーモジュール。
3. 前記一対の第１貫通孔および前記一対の第２貫通孔は、同一面上に位置している請求項１に記載の圧力センサーモジュール。
4. 前記圧力センサーは、前記パッケージから浮遊している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力センサーモジュール。
5. 前記第１空間に配置され、前記圧力センサーを覆う充填材を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧力センサーモジュール。
6. 前記第１空間は、
   前記圧力センサーが収納されている第１領域と、
   前記第１領域に対して縮幅し、周囲に前記第２空間が配置されている第２領域と、を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力センサーモジュール。
7. 前記第１空間に収容され、前記圧力センサーと電気的に接続されている回路素子を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧力センサーモジュール。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサーモジュールを有することを特徴とする電子機器。
9. 前記電子機器の筐体が前記外壁を兼ねている請求項８に記載の電子機器。
10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサーモジュールを有することを特徴とする移動体。
11. 前記移動体の筐体が前記外壁を兼ねている請求項１０に記載の移動体。

Images