JP4591302B2 - 超音波センサの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、メンブレン型の超音波センサを受音部材に取り付けてなる超音波センサの取付構造に関する。

近年、自動車などに超音波センサを取り付け、自動車の周囲にある物体の位置、方向または距離を測定することが行われている。

この超音波センサは、バンパーやボデー、またはヘッドランプなどの受音部材に取り付けられるもので、超音波センサと別体もしくは一体に設けられた超音波発信源から発せられる超音波を、上記物体に反射させ、その反射された超音波を上記受音部材が受けて振動し、その振動を超音波センサが検出するものである。

従来では、超音波センサとしては、一般的に圧電体のバルクを用いたもの（たとえば、特許文献１参照）が採用されているが、近年、メンブレン型の超音波センサが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

このものは、半導体基板の裏面側に凹部を形成し、この凹部によって薄肉となった半導体基板の表面側の部位がメンブレンとして構成されているものであり、いわゆる半導体圧力センサなど、半導体基板にダイアフラムを形成したものと似たような形状を有するものである。

ここで、このメンブレン型の超音波センサでは、超音波の印加によるメンブレンの振動に基づいて超音波を検出するようになっており、従来では、メンブレンとして、圧電式のものとして圧電体からなる薄膜、あるいは静電容量式のものとして固定および可動電極などの検出電極が形成されたものが提案されている。
特開２００２−５８０９７号公報 特開２００３−２８４１８２号公報

このようなメンブレン型の超音波センサを、受音部材に取り付ける場合には、上記したような半導体圧力センサなどと同様に、半導体基板における凹部が開口する裏面すなわちメンブレンとは反対側の面にて、受音部材に接着するのが通常である。これは、この裏面が平坦面であるためである。

この場合、受音部材とメンブレンとの間に凹部が介在し、受音部材からの振動は、この凹部内の空気層を介してメンブレンの裏面へ伝わる。そのため、この凹部の深さ分、受音部材とメンブレンとの間の振動の伝達距離が長くなり、振動の伝達効率が低下する可能性がある。

また、上記した静電容量式のものにおいて、凹部とは反対側のメンブレンの表面に上記検出電極が形成される構成では、メンブレンの裏面側から振動が伝わるよりも、メンブレンの表面側から振動が伝わった方が、振動の伝達効率がよい。

このような事情を鑑み、本発明者は、メンブレン型の超音波センサを受音部材に取り付けるにあたって、半導体基板の表面すなわちメンブレン側の面にて、受音部材に接着することを考えた。

しかしながら、上記特許文献２などに記載されているように、メンブレンの表面には配線や配線の取り出し部などが存在したり、上記検出電極などが存在することにより、凹凸形状となっているため、メンブレン側では、接着しにくい。

また、メンブレンの表面を受音部材に接着すると、そもそも薄膜であり機械的強度が弱いメンブレンに、ダメージを与える恐れがある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、メンブレン型の超音波センサを、メンブレン側を受音部材に向けた状態で、受音部材に取りつけてなる取付構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は、半導体基板の表面をキャップ部材で被覆した状態として半導体基板の表面を受音部材に接合すれば、機械的強度の弱いメンブレンが保護されるとともに、メンブレン表面の凹凸の問題は無くなると考えた。

ここで、メンブレン表面の凹凸を吸収したり、メンブレンの機械的強度が弱いことを考慮して、メンブレンの表面とこれに対向するキャップ部材の一面とを、隙間を空けて対向させることとした。

本発明は、このような検討結果に基づいてなされたものであり、超音波センサ（１０）における半導体基板（１１）の表面側を受音部材（２０）に対向させ、両者の間に、半導体基板（１１）の表面を被覆するキャップ部材（３０）を介在させ、このキャップ部材（３０）を、その一面側をメンブレン（１２）の表面とは隙間（３１）を空けて対向させた状態で、メンブレン（１２）の外周部に接合し、このキャップ部材（３０）の他面側を受音部材（２０）に接合したことを第１の特徴とする。

それによれば、メンブレン（１２）の表面がキャップ部材（３０）で保護された状態となり、このキャップ部材（３０）を介して超音波センサ（１０）における半導体基板（１１）の表面側が受音部材（２０）に接合されるため、メンブレン型の超音波センサ（１０）を、メンブレン（１２）側を受音部材（２０）に向けた状態で、受音部材（２０）に取り付けてなる取付構造を提供することができる。

また、本発明は、上記第１の特徴を有する取付構造において、キャップ部材（３０）の一面と前記メンブレン（１２）との隙間（３１）を、超音波センサ（１０）の半導体基板（１１）における凹部（１３）の深さよりも小さくしたことを第２の特徴とする。

それによれば、超音波センサ（１０）を、凹部（１３）が開口する半導体基板（１１）の裏面にて、受音部材（２０）に接着する場合に比べて、振動の伝達距離を短くすることができる。

また、本発明は、上記第１または第２の特徴を有する取付構造において、半導体基板（１１）には凹部（１３）が複数個設けられ、それぞれの凹部（１３）に対応してメンブレン（１２）が設けられている場合において、キャップ部材（３０）の一面側を、各々のメンブレン（１２）に対して隙間（３１）を空けて対向させるとともに、キャップ部材（３０）の一面に、各々のメンブレン（１２）に対向する部位（３３）を区画する壁部（３２）を設け、この壁部（３２）を、半導体基板（１１）の表面における各々のメンブレン（１２）の間に位置する部位に接合することで、各々のメンブレン（１２）の間で超音波による振動が分離されるようしたことを第３の特徴とする。

それによれば、複数個のメンブレン（１２）のそれぞれにおいて、別個の振動を検出することができる。

また、本発明は、上記第１〜第３の特徴を有する取付構造において、受音部材（２０）における超音波センサ（１０）が取り付けられる面（２１）に、当該面（２１）のうち超音波センサ（１０）が取り付けられる部位を取り囲む環状の溝（２２）を設けたことを第４の特徴とする。

それによれば、この溝（２２）があることにより、受音部材（２０）における超音波センサ（１０）の設置部位に対して、その外側から不要な振動が侵入するのを抑制できる。

また、本発明は、上記第１〜第４の特徴を有する取付構造において、キャップ部材（３０）の一面側とメンブレン（１２）の外周部との接合を、バンプ（６０）を介して行ったことを第５の特徴とする。

それによれば、キャップ部材（３０）を配線部材として使う場合において、キャップ部材（３０）と半導体基板（１１）との電気的な接続がバンプ（６０）を介して容易に行える。

また、本発明は、上記第１〜第５の特徴を有する取付構造において、キャップ部材（３０）および半導体基板（１１）の少なくとも一方に、キャップ部材（３０）の一面側とメンブレン（１２）との隙間（３１）内の空気を逃がす逃げ穴（７０〜７３）を設けたことを第６の特徴とする。

それによれば、キャップ部材（３０）の一面側とメンブレン（１２）との隙間（３１）内の圧力の温度サイクルなどによる変動を抑制できる。

また、本発明は、上記第１〜第５の特徴を有する取付構造において、キャップ部材（３０）の一面側とメンブレン（１２）との隙間（３１）に、気体よりも音響インピーダンスの大きい媒体を充填したことを第７の特徴とする。それによれば、当該隙間（３１）における振動の伝達効率を向上させることができる。

また、本発明は、上記第１〜第７の特徴を有する取付構造において、受音部材（２０）に、超音波センサ（１０）を取り付けるときに超音波センサ（１０）を受音部材（２０）に向かって案内するガイド部材（８０）を設けたことを第８の特徴とする。

それによれば、超音波センサ（１０）の受音部材（２０）に対する取り付けの位置あわせを容易にできる。

また、本発明は、上記第１〜第８の特徴を有する取付構造において、受音部材（２０）のうち超音波センサ（１０）が取り付けられる部位を、受音部材（２０）におけるそれ以外の部位に比べて薄い薄肉部（２３）としたことを第９の特徴とする。

それによれば、受音部材（２０）の薄い薄肉部（２３）が振動しやすくなり、受信感度の向上につながる。

また、本発明は、上記第１〜第７の特徴を有する取付構造において、受音部材（２０）を樹脂よりなるものとし、超音波センサ（１０）およびキャップ部材（３０）は、受音部材（２０）を樹脂成形することにより、受音部材（２０）と一体化されたものとしたことを第１０の特徴とする。

それによれば、超音波センサ（１０）およびキャップ部材（３０）を、受音部材（２０）の成形時に一体成形できる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波センサ１０の取付構造を示す概略断面図であり、図２は、図１中のキャップ部材３０を左側から見た概略平面図である。

図１に示されるように、超音波センサ１０が受音部材２０に取り付けられている。ここでは、超音波センサ１０は自動車に取り付けられ、自動車とその周囲に位置する障害物との距離や、障害物の方向などを検出するものである。

受音部材２０は、たとえば、ポリプロピレンなどの樹脂を成形してなる自動車のバンパーや、鋼板などからなる自動車のボデーなどである。本例では、受音部材２０は樹脂からなるバンパーであり、その厚さは数ｍｍ程度のものである。

ここで、図１中、受音部材２０の左側が自動車の外側であり、右側が内側であり、受音部材２０の内側の面を、超音波センサ１０が取り付けられる面であるセンサ取付面２１としている。そして、超音波センサ１０は、この受音部材２０のセンサ取付面２１に取り付けられている。

超音波センサ１０は、メンブレン型のものであり、シリコン基板などの半導体基板１１を有しており、この半導体基板１１の表面（図１中の左側の面）にメンブレン１２を有している。

このメンブレン１２は、半導体基板１１の裏面（図１中の右側の面）に凹部１３を形成することによって薄肉となった半導体基板１１の表面側の部位である。本例では、図２に示されるように、半導体基板１１には凹部１３が平面的に２個設けられ、それぞれの凹部１３に対応してメンブレン１２が設けられている。

ここで、メンブレン１２は、従来のものと同様に、圧電体からなる薄膜、あるいは、固定および可動電極などの薄膜状の検出電極が形成されたものからなり、超音波による振動を受けて、メンブレン１２自身が振動し、このメンブレン１２の振動に基づいて超音波を検出するようになっている。

このような超音波センサ１０は、従来のものと同様に、半導体プロセスを用いて製造することができる。そして、超音波センサ１０は、半導体基板１１の表面側にて受音部材２０に対向して配置されている。

ここで、半導体基板１１の表面と受音部材２０との間には半導体基板１１の表面を被覆するキャップ部材３０が介在している。このキャップ部材３０は、Ａｌなどの金属、セラミック、樹脂などからなるもので、本例では板状をなしている。

そして、キャップ部材３０においては、その一面すなわち半導体基板１１の表面と対向する面側を、メンブレン１２とは隙間３１を空けて対向させた状態としつつ、半導体基板１１の表面におけるメンブレン１２の外周部に接合している。

ここで、キャップ部材３０の一面のうちメンブレン１２に対向する部位は、凹部３３となっており、それによりメンブレン１２との間に隙間３１が形成されている。特に、本例では、上述したように、半導体基板１１は２個のメンブレン１２を有するものであり、キャップ部材３０においては、図１、図２に示されるように、その一面側が各々のメンブレン１２に対して凹部３３を以て、隙間３１を空けて対向している。

そして、このキャップ部材３０の一面には、メンブレン１２に対向する部位である上記凹部３３を区画する壁部３２となっており、この壁部３２が、半導体基板１１の表面におけるメンブレン１２の外周部に接して図示しないエポキシ系樹脂などからなる接着剤により接合されている。そして、この壁部３２によって、各々のメンブレン１２の間で超音波による振動が分離されるようになっている。

本例では、図２に示されるように、各メンブレン１２は平面が矩形であり、キャップ部材３０の各凹部３３は、メンブレン１２に対応してメンブレン１２と同等か一回り大きい矩形の平面形状である。そして、キャップ部材３０においては、凹部３３および壁部３２は、型成形や切削などにより一体成形されている。

一方、図１に示されるように、キャップ部材３０の他面側は、受音部材２０に接合されている。ここでは、キャップ部材３０と受音部材２０とは、図示しないエポキシ系樹脂などからなる接着剤により接合されている。

このようにして、キャップ部材３０と超音波センサ１０とが一体化され、受音部材２０に取り付けられているが、本例では、この一体化されたキャップ部材３０および超音波センサ１０は、エポキシ系樹脂などからなるモールド樹脂４０により封止されている。

このモールド樹脂４０は、一体化されたキャップ部材３０および超音波センサ１０を包み込むように封止してユニット化する役割を果たすとともに、配線部材としての役割を果たすものである。

図示しないが、モールド樹脂４０には、リードフレームなどの端子が一体に成形されており、この端子と超音波センサ１０とが、モールド樹脂４０中にてボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。

また、モールド樹脂４０には開口部４１が設けられており、この開口部４１を介して、上記端子と外部との接続が可能となっている。こうして、モールド樹脂４０は配線部材として機能し、超音波センサ１０からの信号は、モールド樹脂４０を介して外部に取り出されるようになっている。

また、図１に示されるように、受音部材２０におけるセンサ取付面２１には、当該センサ取付面２１のうち超音波センサ１０が取り付けられる部位を取り囲む環状の溝２２が設けられている。本例では、図２中の破線２２に示されるように、超音波センサ１０を取り囲むように溝２２が形成されている。

また、受音部材２０のセンサ取付面２１には、障害物を検知するために受音部材２０の外部へ超音波を発信する超音波発信源５０が設けられている。この超音波発信源５０は、一般的なものと同じく、たとえば圧電式のものを採用できる。

このような超音波センサ１０の取付構造においては、超音波発信源５０から自動車の外方へ超音波が発信され、その超音波が障害物に当たって反射し、その反射して来る超音波が再び受音部材２０に印加されることで、検出が行われる。

障害物から反射してくる超音波が受音部材２０に当たると、この超音波によって受音部材２０が振動し、その振動は、キャップ部材３０とメンブレン１２との間の隙間３１の空気層を伝わってメンブレン１２へ伝達され、それによりメンブレン１２が振動する。

そして、このメンブレン１２の振動に基づく信号が超音波センサ１０から出力され、上記した配線部材としてのモールド樹脂４０を介して外部に取り出されるようになっている。ここで、障害物と自動車との距離は、超音波発信源５０から超音波が発信され障害物で反射して戻り超音波センサ１０に到達して検知されるまでの時間に基づいて、算出することができる。

また、本例では、超音波センサ１０には、２個のメンブレン１２を設けており、各隙間３１をキャップ部材３０の壁部３２により区画して、各々のメンブレン１２の間で超音波による振動を分離するにしている。つまり、２個のメンブレン１２の間に位置する壁部３２は、音分離壁として機能し、それぞれのメンブレン１２において、別個の振動を検出することができるようになっている。

このような音分離壁を有する構成においては、三角測量の要領で障害物の方向を求めることができる。つまり、障害物から反射してくる超音波は、図２中の左右のメンブレン１２の間で、メンブレン１２へ到達する時間に差が生じるため、この２つの時間差から方向を算出することができる。

また、本例では、キャップ部材３０の一面とメンブレン１２との隙間３１の大きさ、すなわち図１中の寸法Ｌ１は、超音波センサ１０の半導体基板１１における凹部１３の深さ、すなわち図１中の寸法Ｌ２よりも小さいものとしている。つまり、受音部材２０からの振動の伝達距離を、凹部１３の深さよりも短いものとしており、振動の伝達効率の向上を図っている。

また、本実施形態では、上述したように、受音部材２０におけるセンサ取付面２１に、超音波センサ１０を取り囲むように溝２２を設けている。この溝２２があることにより、受音部材２０における超音波センサ１０の設置部位に対して、その外側から不要な振動が侵入しにくくなり、センサの感度の向上などが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、メンブレン１２の表面がキャップ部材３０で保護されるとともに、このキャップ部材３０を介して超音波センサ１０における半導体基板１１の表面側が受音部材２０に接合されるため、メンブレン型の超音波センサ１０を、メンブレン１２側を受音部材２０に向けた状態で、受音部材２０に取り付けてなる取付構造を提供することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る超音波センサ１０およびキャップ部材３０を示す概略断面図である。

本実施形態では、キャップ部材３０の一面側と半導体基板１１の表面におけるメンブレン１２の外周部との接合は、バンプ６０を介して行っている。このバンプ６０としては、一般的な金バンプやはんだバンプなどを採用できる。

また、このようにバンプ６０による接続を行う場合、キャップ部材３０の一面側とメンブレン１２との隙間３１を封止するために、バンプ６０の周囲および隣り合うバンプ６０の間は、樹脂などの接着剤からなる充填材６１を充填する。そして、このバンプ６０と充填材６１とが上記壁部３２を構成している。

そして、このバンプ６０による接続を採用すれば、たとえば、キャップ部材３０に配線を設けてキャップ部材３０を配線部材として使うような場合において、キャップ部材３０と半導体基板１１との電気的な接続が、バンプ６０を介して容易に行える。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る超音波センサ１０およびキャップ部材３０を示す概略断面図である。

本実施形態では、図４に示されるように、キャップ部材３０および半導体基板１１に、キャップ部材３０の一面側とメンブレン１２との隙間３１内の空気を逃がす逃げ穴７０〜７３を設けている。

たとえば、キャップ部材３０においては、切削などにより、その厚さ方向に貫通する穴７０を形成したり、壁部３２の先端部に溝７１を形成する。また、超音波センサ１０の半導体基板１１においても、切削やエッチングなどにより、メンブレン１２を厚さ方向に貫通する穴７２や、半導体基板１１の表面の周辺部に溝７３を形成する。そして、これら穴７０、７２、溝７１、７３を介して上記隙間３１と外部とを連通させる。

キャップ部材３０の一面側とメンブレン１２との隙間３１内の圧力は、温度サイクルなどにより変動し、この圧力変動が振動伝達効率の変動をもたらす。このような逃げ穴７０〜７３を設けることで、当該隙間３１において、圧力変動を抑え、温度サイクルによる振動伝達効率の変動を抑えることができる。

なお、この逃げ穴は、隙間３１内の空気を逃がすように設けられるものであれば、キャップ部材３０側のみ、あるいは超音波センサ１０側のみに形成されていてもよい。また、その形状も、図４に示されるような穴７０、７２、溝７１、７３のいずれかから選択すればよく、また、それ以外の形状であってもよい。

（第４実施形態）
また、上記第１および第２実施形態に示される取付構造（図１〜図３参照）においては、キャップ部材３０の一面側とメンブレン１２との隙間３１には、気体よりも音響インピーダンスの大きい媒体が充填されていてもよい。

音響インピーダンスとは、振動の伝達しやすさを表す一般的な物性値であり、気体よりも音響インピーダンスの大きい媒体としては、具体的には、フッ素系オイルやシリコーン系オイルなどの液体、あるいは、フッ素系ゲルやシリコーン系ゲルなどのゲル材料などが挙げられる。

このような媒体を、キャップ部材３０の一面側とメンブレン１２との隙間３１に充填することにより、受音部材２０からの振動は、この媒体を介してメンブレン１２に伝わるため、当該隙間３１における振動の伝達効率を向上させることができる。

（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態に係る超音波センサ１０の取付構造を示す概略断面図である。

本実施形態では、図５に示されるように、受音部材２０に、超音波センサ１０を取り付けるときに超音波センサ１０を受音部材２０に向かって案内するガイド部材８０が設けられている。

このガイド部材８０は、モールド樹脂４０の外形に沿って突出する壁形状をなすものであり、モールド樹脂４０の全周に形成されていてもよいし、対向する２箇所に形成されていてもよい。また、このガイド部材８０は受音部材２０と一体に成形されていてもよいし、接合された別体のものであってもよい。

本実施形態によれば、超音波センサ１０を受音部材２０に取り付けるときに、ガイド部材８０によって超音波センサ１０は受音部材２０に向かって案内されるため、取り付けの位置あわせなどが容易になる。このような本実施形態は、上記の各実施形態に適用可能である。

（第６実施形態）
図６は、本発明の第６実施形態に係る超音波センサ１０の取付構造を示す概略断面図である。

本実施形態では、受音部材２０のうち超音波センサ１０が取り付けられる部位は、受音部材２０におけるそれ以外の部位に比べて薄い薄肉部２３となっている。図６では、薄肉部２３は、受音部材２０における超音波センサ１０が取り付けられる面としてのセンサ取付面２１を窪ませることにより形成されたものである。

このように受音部材２０における超音波センサ１０の設置部位に薄肉部２３を形成することで、この薄肉部２３において超音波印加による振動が行われやすくなり、受信感度の向上につながる。このような本実施形態は、上記の各実施形態に適用可能である。

また、図７は本実施形態のもう一つの例としての超音波センサ１０の取付構造を示す概略断面図である。なお、図７では、モールド樹脂４０の外形を示してあり、超音波センサ１０は図示しないが、上記実施形態と同様に、このモールド樹脂４０の内部に封止されている。

この図７に示されるように、受音部材２０の薄肉部２３は、受音部材２０におけるセンサ取付面２１とは反対側の面を窪ませることにより形成されたものであってもよい。また、この反対側の面を窪ませることにより薄肉部２３を形成する場合、図７に示されるように、その窪み部を外方に向かって広がるテーパ形状をなすものとすれば、集音しやすくなる。

（第７実施形態）
図８は、本発明の第７実施形態に係る超音波センサ１０の取付構造を示す概略断面図である。

本実施形態では、図８に示されるように、受音部材２０が樹脂よりなるものである場合において、超音波センサ１０およびキャップ部材３０を、受音部材２０を樹脂成形することにより、受音部材２０と一体化している。

つまり、上記実施形態では、超音波センサ１０およびキャップ部材３０をユニット化するモールド樹脂４０は、受音部材２０とは別体のものであったが、本実施形態では、受音部材２０の一部を構成する樹脂を、上記したモールド樹脂４０として構成し、同様の機能を持たせたものとしている。このような本実施形態は、上記した第１〜第４の各実施形態に適用可能である。

（第８実施形態）
図９は、本発明の第８実施形態に係る超音波センサ１０の取付構造を示す概略断面図である。

本実施形態では、図８に示されるように、受音部材２０のうち超音波センサ１０が取り付けられる部位に、受音部材２０を構成する材料よりも機械的強度が大きい材料よりなる保護部材９０を設けている。それにより、本実施形態では、受音部材２０の破壊強度の向上が図られる。

ここで、受音部材２０が樹脂よりなる場合、保護部材９０は、たとえば金属からなる平板状の部材であり、図８に示されるように、受音部材２０中に埋設されるように、受音部材２０を樹脂成形する。

また、この保護部材９０は、受音部材２０におけるセンサ取付面２１とは反対側の面に貼り付けてもよい。このとき、保護部材９０は平板状に限らず、凹凸を持つ板状であったり、メッシュ状のものであってもよい。そして、本実施形態は、上記の各実施形態に適用可能である。

（他の実施形態）
なお、上記図１に示される例では、超音波発信源５０は超音波センサ１０とは別体のものであったが、たとえば、超音波センサ１０を構成する半導体基板１１に超音波発信源を一体に設けてもよい。

また、超音波センサとしては、半導体基板１１の裏面側に凹部１３を形成することによって薄肉となった半導体基板１１の表面側の部位がメンブレン１２として構成されていればよく、メンブレン１２の数は３個以上でもよいし、１個でもよい。

また、上記図１などにおいて、超音波センサ１０およびキャップ部材３０の保護や超音波センサ１０からの信号の取り出しなどが確保されていれば、モールド樹脂４０はなくてもよい。

また、上記図１に示されるセンサ取付面２１に設けられた不要振動の侵入を防止するための溝２２には、受音部材２０を構成する材料とは音響インピーダンスの異なる部材が充填されていてもよい。また、この溝２２は無いものであってもよい。

また、上記実施形態では、キャップ部材３０は平板状をなしていたが、キャップ部材３０は、その一面側をメンブレン１２と隙間３１を空けた状態で半導体基板１１の表面におけるメンブレン１２の外周部に接合し、他面側が受音部材２０に接合可能なものであればよい。たとえば、受音部材２０のセンサ取付面２１が湾曲状であったり、凹凸形状である場合には、キャップ部材３０は、それに応じた湾曲形状、あるいは凹凸形状を持つものであってもよい。

また、本発明の超音波センサの取付構造は、自動車用に限定されるものではなく、それ以外にも種々の対象物への適用が可能である。

本発明の第１実施形態に係る超音波センサの取付構造を示す概略断面図である。 図１中のキャップ部材を左側から見た概略平面図である。 本発明の第２実施形態に係る超音波センサおよびキャップ部材を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る超音波センサおよびキャップ部材を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る超音波センサの取付構造を示す概略断面図である。 本発明の第６実施形態に係る超音波センサの取付構造を示す概略断面図である。 本発明の第６実施形態に係る超音波センサの取付構造のもう１つの例を示す概略断面図である。 本発明の第７実施形態に係る超音波センサの取付構造を示す概略断面図である。 本発明の第８実施形態に係る超音波センサの取付構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１０…超音波センサ、１１…半導体基板、１２…メンブレン、
１３…半導体基板の凹部、２０…受音部材、
２１…受音部材における超音波センサが取り付けられる面としてのセンサ取付面、
２２…受音部材の溝、２３…受音部材の薄肉部、３０…キャップ部材、
３１…キャップ部材の一面とメンブレンとの隙間、３２…キャップ部材の壁部、
３３…キャップ部材の一面におけるメンブレンに対向する部位としての凹部、
６０…バンプ、７０、７１、７２、７４…逃げ穴、８０…ガイド部材、
９０…保護部材。

Claims (13)

1. 半導体基板（１１）の裏面側に凹部（１３）を形成することによって薄肉となった前記半導体基板（１１）の表面側の部位がメンブレン（１２）として構成され、超音波の印加による前記メンブレン（１２）の振動に基づいて前記超音波を検出する超音波センサ（１０）を、備え、
   前記超音波センサ（１０）を、前記超音波が印加される受音部材（２０）に取り付けてなる超音波センサの取付構造であって、
   前記超音波センサ（１０）は、前記半導体基板（１１）の表面側にて前記受音部材（２０）に対向しており、
   前記半導体基板（１１）の表面と前記受音部材（２０）との間には前記半導体基板（１１）の表面を被覆するキャップ部材（３０）が介在しており、
   前記キャップ部材（３０）は、その一面側を前記メンブレン（１２）とは隙間（３１）を空けて対向させた状態で、前記半導体基板（１１）の表面における前記メンブレン（１２）の外周部に接合されており、
   前記キャップ部材（３０）の他面側が前記受音部材（２０）に接合されていることを特徴とする超音波センサの取付構造。
2. 前記キャップ部材（３０）の一面と前記メンブレン（１２）との隙間（３１）は、前記超音波センサ（１０）の前記半導体基板（１１）における前記凹部（１３）の深さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の超音波センサの取付構造。
3. 前記半導体基板（１１）には前記凹部（１３）が複数個設けられ、それぞれの前記凹部（１３）に対応して前記メンブレン（１２）が設けられており、
   前記キャップ部材（３０）の一面側が各々の前記メンブレン（１２）に対して隙間（３１）を空けて対向するとともに、前記キャップ部材（３０）の一面には、各々の前記メンブレン（１２）に対向する部位（３３）を区画する壁部（３２）が設けられており、
   この壁部（３２）が、前記半導体基板（１１）の表面における各々の前記メンブレン（１２）の間に位置する部位に接合されており、
   この壁部（３２）によって、各々の前記メンブレン（１２）の間で超音波による振動が分離されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波センサの取付構造。
4. 前記受音部材（２０）における前記超音波センサ（１０）が取り付けられる面（２１）には、当該面（２１）のうち前記超音波センサ（１０）が取り付けられる部位を取り囲む環状の溝（２２）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の超音波センサの取付構造。
5. 前記キャップ部材（３０）の一面側と前記メンブレン（１２）の外周部との接合は、バンプ（６０）を介して行われていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波センサの取付構造。
6. 前記キャップ部材（３０）および前記半導体基板（１１）の少なくとも一方には、前記キャップ部材（３０）の一面側と前記メンブレン（１２）との隙間（３１）内の空気を逃がす逃げ穴（７０〜７３）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の超音波センサの取付構造。
7. 前記キャップ部材（３０）の一面側と前記メンブレン（１２）との隙間（３１）には、気体よりも音響インピーダンスの大きい媒体が充填されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の超音波センサの取付構造。
8. 前記受音部材（２０）には、前記超音波センサ（１０）を取り付けるときに前記超音波センサ（１０）を前記受音部材（２０）に向かって案内するガイド部材（８０）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の超音波センサの取付構造。
9. 前記受音部材（２０）のうち前記超音波センサ（１０）が取り付けられる部位は、前記受音部材（２０）におけるそれ以外の部位に比べて薄い薄肉部（２３）となっていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の超音波センサの取付構造。
10. 前記薄肉部（２３）は、前記受音部材（２０）における前記超音波センサ（１０）が取り付けられる面（２１）を窪ませることにより形成されたものであることを特徴とする請求項９に記載の超音波センサの取付構造。
11. 前記薄肉部（２３）は、前記受音部材（２０）における前記超音波センサ（１０）が取り付けられる面（２１）とは反対側の面を窪ませることにより形成されたものであることを特徴とする請求項９に記載の超音波センサの取付構造。
12. 前記受音部材（２０）は樹脂よりなるものであり、前記超音波センサ（１０）および前記キャップ部材（３０）は、前記受音部材（２０）を樹脂成形することにより、前記受音部材（２０）と一体化されたものであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の超音波センサの取付構造。
13. 前記受音部材（２０）のうち前記超音波センサ（１０）が取り付けられる部位には、前記受音部材（２０）を構成する材料よりも機械的強度が大きい材料よりなる保護部材（９０）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の超音波センサの取付構造。

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