JP6985085B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサに関する。

近年、ピエゾ抵抗などを利用して、圧力変化を検出する圧力センサにおいて、光の影響による特性変化や誤動作を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１５−１３５３３９号公報

しかしながら、上述したような従来の圧力センサには、例えば、内部にキャビティ（空間）を有し、キャビティの内外の圧力差に基づいて圧力を検出するものがあり、温度変化によりキャビティ内の圧力変動が発生して、検出精度が低下する場合があった。また、上述した従来の圧力センサでは、電磁ノイズによる外乱を低減することは困難であり、電磁ノイズによって、検出精度が低下する場合があった。このように、従来の圧力センサでは、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下する場合があった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、温度変化及び電磁ノイズによる検出精度の低下を低減して、検出精度を向上させることができる圧力センサを提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、内部にキャビティが形成され、断熱素材である合成樹脂に導電素材を混入して一体形成されている、導電性を有する有底箱状のキャビティ筐体と、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通孔を有し、前記キャビティ筐体の開口面を覆うように配置されたセンサ基板と、前記センサ基板の第１の主面に配置され、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形に応じた圧力変動を検出する圧力検出部とを備え、前記圧力検出部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出するアナログ処理を行うアナログ回路部と、デジタル処理部とを備え、前記アナログ回路部が、前記キャビティの内部に配置され、前記デジタル処理部が、前記キャビティの外部に配置されていることを特徴とする圧力センサである。

また、本発明の一態様は、内部にキャビティが形成された有底箱状のキャビティ筐体と、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通孔を有し、前記キャビティ筐体の開口面を覆うように配置されたセンサ基板と、前記センサ基板の第１の主面に配置され、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形に応じた圧力変動を検出する圧力検出部とを備え、前記キャビティ筐体は、断熱素材である樹脂で構成された有底箱状の樹脂部と、前記キャビティを覆うように、少なくとも前記樹脂部の外側底面及び外壁面に配置された導電性を有する格子状の形状の導体部とを備え、前記導体部が基準電位に接続され、前記圧力検出部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出するアナログ処理を行うアナログ回路部と、デジタル処理部とを備え、前記アナログ回路部が、前記キャビティの内部に配置され、前記デジタル処理部が、前記キャビティの外部に配置されていることを特徴とする圧力センサである。

また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記導体部は、さらに前記樹脂部の開口面を覆うように配置されており、前記開口面に配置された前記導体部の部分を介して、前記センサ基板の前記基準電位に接続されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記センサ基板は、前記キャビティ筐体の開口面を覆うように、前記カンチレバーが配置されている前記第１の主面とは反対側の第２の主面に配置された導体パターンを有することを特徴とする。

本発明によれば、温度変化及び電磁ノイズによる検出精度の低下を低減して、検出精度を向上させることができる。

第１の実施形態による圧力センサの一例を示す外観図である。 第１の実施形態による圧力センサの一例を示す断面図である。 第１の実施形態におけるセンサ部の構成例を示す図である。 第１の実施形態におけるアナログ回路部の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態におけるセンサ部の出力信号の一例を示す図である。 第１の実施形態におけるセンサ部の動作の一例を示す図である。 第２の実施形態による圧力センサの一例を示す断面図である。 第３の実施形態による圧力センサの一例を示す断面図である。 第４の実施形態による圧力センサの一例を示す断面図である。 第５の実施形態による圧力センサの一例を示す外観図である。 第６の実施形態による圧力センサの一例を示す外観図である。 第７の実施形態による圧力センサの一例を示す外観図である。

以下、本発明の実施形態による圧力センサについて図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による圧力センサ１の一例を示す外観図である。また、図２は、第１の実施形態による圧力センサ１の一例を示す断面図である。ここで、図２は、図１のＡＡ’線における圧力センサ１の断面図を示す。

図１及び図２に示すように、圧力センサ１は、センサ部１０と、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０と、圧力検出部６０とを備えている。また、圧力センサ１は、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０とにより形成された中空であるキャビティ５を備えている。
なお、本実施形態では、センサ基板２０の厚み方向をＺ軸方向とし、センサ基板２０のセンサ部１０が実装されている主面Ｆ１（表面、第１の主面）側を上方、その反対側の主面Ｆ２（裏面、第２の主面）側を下方という。また、後述するカンチレバー３の平面視で長手方向をＸ軸方向、カンチレバー３の平面視で長手方向（Ｘ軸方向）に直交する短手方向をＹ軸方向として説明する。

センサ基板２０は、例えば、プリント回路基板であり、キャビティ５の内部と外部とを連通する連通孔を有し、キャビティ筐体３０の開口面を覆うように配置されている。センサ基板２０の主面Ｆ１側には、センサ部１０と、圧力検出部６０とが実装（配置）されている。

キャビティ筐体３０は、内部にキャビティ５が形成され、断熱性と導電性とを有する有底箱状に形成されている筐体である。キャビティ筐体３０は、センサ基板２０によりキャビティ筐体３０の開口面（キャビティ５の開口面）を覆うように、センサ基板２０の主面Ｆ１側に配置されている。また、キャビティ筐体３０は、例えば、断熱性を有する樹脂部３１と、導電性を有する導体部３２とを備えている。

樹脂部３１は、断熱性を有する樹脂で構成された有底箱状の部材であり、例えば、合成樹脂により形成されている。
導体部３２は、例えば、金属で構成され、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面（外側側面）に配置されている。また、導体部３２は、電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。

なお、キャビティ筐体３０は、例えば、樹脂部３１と導体部３２とを別体で形成した後に、樹脂部３１と導体部３２とを接着してもよいし、例えば、インサート成形などにより、樹脂部３１と導体部３２とを一体形成してもよい。また、キャビティ筐体３０は、例えば、プラスチックメッキ、真空蒸着、塗布（金属塗料の塗布）、金属溶射、スパッタリング、イオンプレーティングなどにより樹脂部３１の表面に導体部３２をコーティングしてもよい。

センサ部１０は、例えば、半導体基板（例えば、ＳＯＩ基板など）により構成され、センサ基板２０の主面Ｆ１側に配置されている。センサ部１０は、キャビティ５の内部と外部とを連通する連通孔（ギャップＧ１及びギャップＧ２）と、カンチレバー３とを備えている。ここで、図３を参照して、本実施形態によるセンサ部１０の構成について詳細に説明する。

図３は、本実施形態によるセンサ部１０の構成例を示す図である。
図３に示すように、センサ部１０は、半導体基板上に、ギャップＧ１及びギャップＧ２と、カンチレバー３とが形成されている。

カンチレバー３は、基端部３ｂが片持ち支持されており、基端部３ｂが半導体基板に接続され、且つ先端部３ａが自由端とされた片持ち梁構造とされ、キャビティ５を覆うように配置されている。また、カンチレバー３は、基端部３ｂから先端部３ａに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ５の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。また、カンチレバー３は、レバー本体２と、レバー本体２を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部４とを有し、キャビティ５を覆うように配置される。

ギャップＧ１は、平面視でキャビティ５の内部に連通する領域内に形成され、空気をキャビティ５の内外に流通させる連通孔として機能する。
カンチレバー３の基端部３ｂには、該カンチレバー３を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）のギャップＧ２（区画溝）が形成されている。このギャップＧ２は、カンチレバー３の基端部３ｂにおいてセンサ部１０の短手方向（Ｙ軸方向）の中央部に配置されている。これにより、カンチレバー３は基端部３ｂを中心として撓み変形し易い構造とされている。

２つのレバー支持部４は、ギャップＧ２を挟んで短手方向（Ｙ軸方向）に並ぶように配置され、レバー本体２と半導体基板とを接続するとともにレバー本体２を片持ち状態で支持している。従って、カンチレバー３は、これらレバー支持部４を中心に撓み変形する。
なお、２つのレバー支持部４の短手方向（Ｙ軸方向）に沿った支持幅は、同等とされている。従って、カンチレバー３が撓み変形した際、一方のレバー支持部４に作用する単位面積当たりの応力と、他方のレバー支持部４に作用する単位面積当たりの応力とは同等とされている。

上述したカンチレバー３には、ピエゾ抵抗（抵抗素子）であるドープ層６（不純物半導体層）が全面に亘って形成されている。このドープ層６は、例えばリン等のドープ材（不純物）がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。

ドープ層６のうち、カンチレバー３が形成された部分（レバー支持部４に形成されている部分を含む）は、上述した抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）として機能する。抵抗Ｒ１は、レバー支持部４の撓み量に応じて抵抗値が変化する。
また、図示を省略するが、ドープ層６の上面には、ドープ層６よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）からなる電極が形成されている。この電極は、抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）の第１端及び第２端として機能する。

図１及び図２の説明に戻り、圧力検出部６０は、カンチレバー３の撓み変形に応じた圧力変動を検出する。ここで、圧力検出部６０は、例えば、圧力伝達媒体（例えば、空気などの流体）の圧力（測定対象圧力）の変化を検出する検出回路である。圧力検出部６０は、キャビティ５の内部圧力と測定対象圧力（外部圧力）との差圧に応じた差圧検出値（圧力変動値）を検出する。また、圧力検出部６０は、アナログ回路部４０と、デジタル処理部５０とを備えている。

アナログ回路部４０は、例えば、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）である。アナログ回路部４０は、カンチレバー３の撓み変形に応じた変位を検出するアナログ処理を行う回路であり、例えば、センサ基板２０の主面Ｆ１側に実装（配置）されている。また、アナログ回路部４０は、キャビティ筐体３０の内部、すなわち、キャビティ５内に配置されている。ここで、図４を参照して、アナログ回路部４０の詳細な構成について説明する。

図４は、本実施形態におけるアナログ回路部４０の一例を示すブロック図である。
図４に示すように、アナログ回路部４０は、ホイートストンブリッジ回路４１と、差動増幅回路４２と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）４３とを備えている。

ホイートストンブリッジ回路４１は、センサ部１０が有する抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）と、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４とを備えている。
抵抗Ｒ１（差圧検出抵抗Ｒｓｅｎ１）は、第１端が電圧Ｖｃｃの供給線に、第２端がノードＮ１に接続されており、キャビティ５内外の差圧に応じて抵抗が変化する。抵抗Ｒ１は、例えば、ピエゾ抵抗（ドープ層６）である。また、抵抗Ｒ２は、第１端がノードＮ１に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。

また、抵抗Ｒ３は、第１端が電圧Ｖｃｃの供給線に、第２端がノードＮ２に接続され、抵抗Ｒ４は、第１端がノードＮ２に、第２端が電源ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ１は、センサ部１０内に構成されており、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４は、センサ部１０の外部に備えられた外付け抵抗である。また、抵抗Ｒ２（参照抵抗Ｒｒｅｆ１）は、例えば、抵抗Ｒ１と温度特性が同一になるように形成された抵抗であり、センサ部１０内に構成されてもよいし、センサ部１０の近傍の外部に備えられてもよい。なお、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との温度特性を一致させることにより、アナログ回路部４０は、温度変動による検出結果への影響を低減することができる。

差動増幅回路４２は、例えば、計測アンプ（インスツルメンテーションアンプ）であり、ノードＮ１とノードＮ２との電位差を増幅して出力信号として出力する。差動増幅回路４２は、反転入力端子（−端子）がノードＮ１に接続され、非反転入力端子（＋端子）がノードＮ２に接続されている。

ＡＤＣ４３は、差動増幅回路４２の出力信号（アナログ信号）を、デジタル変換して、デジタル変換された出力信号データ（出力波形データ）を出力する。
なお、ホイートストンブリッジ回路４１、差動増幅回路４２、及びＡＤＣ４３は、キャビティ５内に配置されている。

デジタル処理部５０は、例えば、マイクロコントローラなとのデジタル処理回路であり、アナログ回路部４０が検出した差圧に対応した出力波形データを、圧力変動情報に変換する。デジタル処理部５０は、例えば、センサ基板２０の主面Ｆ１側に実装（配置）されており、キャビティ筐体３０の外部に配置されている。

次に、図面を参照して、本実施形態による圧力センサ１の動作について説明する。
図５及び図６を参照して、本実施形態におけるセンサ部１０及びアナログ回路部４０の動作について説明する。ここでは、圧力伝達媒体（例えば、空気）の圧力が変化した場合のカンチレバー３の動作と、その時のアナログ回路部４０の出力特性について説明する。
なお、以下の説明において、空気の圧力は、外圧Ｐｏｕｔと表記することとする。外圧Ｐｏｕｔは、カンチレバー３の図２における下面側の圧力である。また、キャビティ５内部の内圧を内圧Ｐｉｎと定義し、キャビティ５の外圧を外圧Ｐｏｕｔとする。

図５は、本実施形態におけるアナログ回路部４０の出力信号の一例を示す図である。
ここで、図５（ａ）は、外圧Ｐｏｕｔ及び内圧Ｐｉｎの経時変化を示しており、図５（ｂ）は、アナログ回路部４０（差動増幅回路４２）の出力信号の経時変化を示している。
また、図６は、本実施形態におけるセンサ部１０の動作の一例を示す図であり、図１〜図３に示すカンチレバー３の動作の一例を模式的に示す断面図である。
ここで、図６（ａ）は、初期状態のカンチレバー３の断面図を示し、図６（ｂ）は、外圧Ｐｏｕｔが内圧Ｐｉｎより高い状態のカンチレバー３の断面図を示している。また、図６（ｃ）は、キャビティ５内外の圧力が同じに戻った状態のカンチレバー３の断面図を示している。

まず、図５（ａ）における期間Ａのように、外圧Ｐｏｕｔと内圧Ｐｉｎとが等しく、差圧ΔＰがゼロである場合には、図６（ａ）に示すように、カンチレバー３は、撓み変形しない。

次に、図５（ａ）における時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、例えば、外圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇すると、内圧Ｐｉｎは急激に変化できず、差圧ΔＰが生じるため、図６（ｂ）に示すように、カンチレバー３は、キャビティ５内部に向けて撓み変形する。すると、当該カンチレバー３の撓み変形に応じて抵抗Ｒ１（ドープ層６）に応力が加わり、電気抵抗値が変化するので、図５（ｂ）に示すように、アナログ回路部４０の出力信号が増大する。

また、外圧Ｐｏｕｔの上昇以降（時刻ｔ１以降）において、ギャップＧ１を介してキャビティ５の外部から内部へと空気が徐々に流動する。このため、図５（ａ）に示すように、内圧Ｐｉｎは、時間の経過とともに、外圧Ｐｏｕｔに遅れながら、且つ外圧Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。
その結果、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、カンチレバー３の撓みが徐々に小さくなり、時刻ｔ２以降において、図５（ｂ）に示すように、上述の出力信号が、徐々に低下する（期間Ｃ）。

そして、図５（ａ）に示す時刻ｔ３以降の期間Ｄのように、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔと同じになると、図６（ｃ）に示すように、カンチレバー３の撓み変形が解消され、図６（ａ）に示す初期状態に復帰する。さらに、図５（ｂ）に示すように、アナログ回路部４０の出力信号も期間Ａの初期状態と同値に戻る。これにより、出力信号には、差圧ΔＰに応じた電圧ΔＶが出力される。
なお、アナログ回路部４０の出力信号は、初期状態における基準電圧と、抵抗Ｒ１（ドープ層６）の抵抗変化に基づいて増幅された信号との加算となる。初期状態における基準電圧は、カンチレバー３に加わる差圧ΔＰがゼロの場合の、図４に図示したホイートストンブリッジ回路４１のノードＮ１とノードＮ２との電圧差を差動増幅回路４２で増幅した電圧値となる。

なお、上述したセンサ部１０では、ＳＯＩ基板のシリコン活性層を利用して半導体プロセス技術によりカンチレバー３を形成できるので、非常に薄型化（例えば数十から数百ｎｍ厚）しやすい。したがって、センサ部１０では、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。

さらに、センサ部１０では、外圧Ｐｏｕｔが非常に緩やかに変化する場合、ギャップＧ１による空気の流動制限機能が作用せず、内圧Ｐｉｎは外圧Ｐｏｕｔに対して時間遅れせず、ほぼ同じ圧力値となり、差圧ΔＰが発生しない。センサ部１０では、これを逆に利用し、外圧Ｐｏｕｔが非常に遅い変化速度の場合（例えば、気象変化のような気圧変化の場合）、外圧Ｐｏｕｔの変化を無視することが可能となる。よって、センサ部１０は、気象変化のような気圧変化をノイズとして除去することが可能になる。
また、デジタル処理部５０は、アナログ回路部４０が検出した差圧に対応した上述した出力波形データを、圧力変動情報に変換して、圧力センサ１の出力として出力する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１は、キャビティ筐体３０と、センサ基板２０と、カンチレバー３と、圧力検出部６０とを備える。キャビティ筐体３０は、内部にキャビティ５が形成され、断熱性と導電性とを有する有底箱状に構成されている。センサ基板２０は、キャビティ５の内部と外部とを連通する連通孔を有し、キャビティ筐体３０の開口面を覆うように配置されている。カンチレバー３は、センサ基板２０の主面Ｆ１（第１の主面）に配置され、キャビティ５の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。圧力検出部６０は、カンチレバー３の撓み変形に応じた圧力変動を検出する。

これにより、本実施形態による圧力センサ１は、キャビティ５を形成するキャビティ筐体３０を、断熱性を有して構成するため、外部の温度変化がキャビティ５内に伝搬することを抑制できる。そのため、本実施形態による圧力センサ１は、外部の温度変化によってキャビティ５の内圧Ｐｉｎが変化することを低減することができる。よって、本実施形態による圧力センサ１は、温度変化によりキャビティ５内の圧力変動が発生して、検出精度が低下することを低減することができる。

また、本実施形態による圧力センサ１は、キャビティ５を形成するキャビティ筐体３０を、導電性を有して構成し、カンチレバー３を覆うように構成するため、キャビティ５内をシールドして電磁ノイズが侵入することを抑制できる。そのため、本実施形態による圧力センサ１は、電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。
したがって、本実施形態による圧力センサ１は、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。

また、本実施形態による圧力センサ１は、温度変化や電磁ノイズによる影響（外乱）を低減できるため、圧力検出部６０の電源電圧を低下させ、カンチレバー３の抵抗値（抵抗Ｒ１）及びホイートストンブリッジ回路４１の抵抗（抵抗Ｒ２〜抵抗Ｒ４）の抵抗値を大きくすることができる。これにより、本実施形態による圧力センサ１は、検出精度を低下させずに、電源電圧の低下及ぶ消費電力の低減を行うことができる。また、本実施形態による圧力センサ１は、キャビティ筐体３０がシールドとして機能するため、耐静電気の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、キャビティ筐体３０は、断熱性を有する樹脂で構成された有底箱状の樹脂部３１と、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置された導電性を有する導体部３２とを備えている。そして、導体部３２が電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１は、樹脂部３１が断熱を行い、樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置された導体部３２がシールドとして機能し、キャビティ５内に電磁ノイズが侵入することを抑制するため、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。

また、キャビティ筐体３０は、この構成により、容易且つ簡易な手法（例えば、プラスチックメッキ、真空蒸着、インサート成形など）により、樹脂部３１の表面に導体部３２をコーティング又は一体形成することができる。

また、本実施形態では、圧力検出部６０は、カンチレバー３の撓み変形に応じた変位を検出するアナログ処理を行うアナログ回路部４０を備え、少なくともアナログ回路部４０が、キャビティ５の内部に配置されている。
これにより、アナログ回路部４０が、キャビティ筐体３０によりシールドされるため、本実施形態による圧力センサ１は、電磁ノイズにより検出精度が低下することをさらに低減することができる。すなわち、本実施形態による圧力センサ１は、検出精度を向上させることができる。

［第２の実施形態］
次に、図面を参照して、第２の実施形態による圧力センサ１ａについて説明する。
本実施形態では、導体部３２ａが、キャビティ５の内側に配置されている場合の変形例について説明する。

図７は、本実施形態による圧力センサ１ａの一例を示す断面図である。なお、本実施形態による圧力センサ１ａの外観図は、図１に示す第１の実施形態と同様であり、ここで、図７は、図２と同様に図１のＡＡ’線における圧力センサ１ａの断面図を示す。
図７に示すように、圧力センサ１ａは、センサ部１０と、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ａと、圧力検出部６０とを備えている。また、圧力センサ１ａは、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ａとにより形成された中空であるキャビティ５を備えている。なお、図７において、図２と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。

キャビティ筐体３０ａは、内部にキャビティ５が形成され、断熱性と導電性とを有する有底箱状に形成されている筐体である。キャビティ筐体３０ａは、センサ基板２０によりキャビティ筐体３０ａの開口面（キャビティ５の開口面）を覆うように、センサ基板２０の主面Ｆ１側に配置されている。また、キャビティ筐体３０ａは、例えば、断熱性を有する樹脂部３１と、導電性を有する導体部３２ａとを備えている。

導体部３２ａは、例えば、金属で構成され、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の内側底面及び内壁面（内側側面）に配置されている。また、導体部３２ａは、電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。
なお、キャビティ筐体３０ａは、上述した第１の実施形態と同様の手法により形成されているものとする。

また、本実施形態による圧力センサ１ａの動作は、上述した第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ａは、キャビティ筐体３０ａと、センサ基板２０と、カンチレバー３と、圧力検出部６０とを備える。キャビティ筐体３０ａは、断熱性を有する樹脂で構成された有底箱状の樹脂部３１と、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の内側底面及び内壁面に配置された導電性を有する導体部３２ａとを備え、導体部３２ａが電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。

これにより、本実施形態による圧力センサ１ａは、樹脂部３１が断熱を行い、樹脂部３１の内側底面及び内壁面に配置された導体部３２ａがシールドとして機能し、キャビティ５内に電磁ノイズが侵入することを抑制するため、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。すなわち、本実施形態による圧力センサ１ａは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏し、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。

［第３の実施形態］
次に、図面を参照して、第３の実施形態による圧力センサ１ｂについて説明する。
本実施形態では、導体部３２ｂが、キャビティ５の外側及び開口面に配置されている場合の変形例について説明する。

図８は、本実施形態による圧力センサ１ｂの一例を示す断面図である。なお、本実施形態による圧力センサ１ｂの外観図は、図１に示す第１の実施形態と同様であり、ここで、図８は、図２と同様に図１のＡＡ’線における圧力センサ１ｂの断面図を示す。
図８に示すように、圧力センサ１ｂは、センサ部１０と、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ｂと、圧力検出部６０とを備えている。また、圧力センサ１ｂは、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ｂとにより形成された中空であるキャビティ５を備えている。なお、図８において、図２と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。

キャビティ筐体３０ｂは、内部にキャビティ５が形成され、断熱性と導電性とを有する有底箱状に形成されている筐体である。キャビティ筐体３０ｂは、センサ基板２０によりキャビティ筐体３０ｂの開口面（キャビティ５の開口面）を覆うように、センサ基板２０の主面Ｆ１側に配置されている。また、キャビティ筐体３０ｂは、例えば、断熱性を有する樹脂部３１と、導電性を有する導体部３２ｂとを備えている。

導体部３２ｂは、例えば、金属で構成され、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面、外壁面、及び開口面に配置されている。すなわち、導体部３２ｂは、樹脂部３１の開口面を覆うように配置されている。また、導体部３２ｂは、開口面に配置された導体部３２ｂの部分を介して、センサ基板２０の電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。ここで、開口面に配置された導体部３２ｂの部分と、センサ基板２０とは、例えば、半田などの導電部材により接着され、導体部３２ｂは、センサ基板２０上の電源ＧＮＤのパターン（導電パターン）を介して、電源ＧＮＤに接続されている。
なお、キャビティ筐体３０ｂは、上述した第１の実施形態と同様の手法により形成されているものとする。

また、本実施形態による圧力センサ１ｂの動作は、上述した第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｂは、キャビティ筐体３０ｂと、センサ基板２０と、カンチレバー３と、圧力検出部６０とを備える。キャビティ筐体３０ｂは、断熱性を有する樹脂で構成された有底箱状の樹脂部３１と、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置された導電性を有する導体部３２ｂとを備え、導体部３２ｂは、さらに樹脂部３１の開口面を覆うように配置されている。また、導体部３２ｂは、開口面に配置された導体部３２ｂの部分を介して、センサ基板２０の電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。

これにより、本実施形態による圧力センサ１ｂは、樹脂部３１が断熱を行い、樹脂部３１の外側底面、外壁面、及び開口面に配置された導体部３２ｂがシールドとして機能し、キャビティ５内に電磁ノイズが侵入することを抑制するため、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。すなわち、本実施形態による圧力センサ１ｂは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏し、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。

また、本実施形態による圧力センサ１ｂでは、導体部３２ｂが、開口面に配置された導体部３２ｂの部分を介して、センサ基板２０の電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されるため、キャビティ筐体３０ｂの固定と、導体部３２ｂの電源ＧＮＤ（基準電位）への接続とを同時に行うことがきる。本実施形態による圧力センサ１ｂは、センサ基板２０の導電パターンを利用した簡易な構成により確実に、導体部３２ｂの電源ＧＮＤ（基準電位）への接続することができ、シールド効果を向上させることができる。

［第４の実施形態］
次に、図面を参照して、第４の実施形態による圧力センサ１ｃについて説明する。
本実施形態では、キャビティ５（センサ部１０）をシールドする導体が、導体部３２の他に、センサ基板２０にも配置されている場合の変形例について説明する。

図９は、本実施形態による圧力センサ１ｃの一例を示す断面図である。なお、本実施形態による圧力センサ１ｃの外観図は、図１に示す第１の実施形態と同様であり、ここで、図９は、図２と同様に図１のＡＡ’線における圧力センサ１ｃの断面図を示す。
図９に示すように、圧力センサ１ｃは、センサ部１０と、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０と、圧力検出部６０と、導体パターン２１とを備えている。また、圧力センサ１ｃは、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０とにより形成された中空であるキャビティ５を備えている。なお、図９において、図２と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。

本実施形態のセンサ基板２０は、キャビティ筐体３０の開口面を覆うように、カンチレバー３が配置されている主面Ｆ１（第１の主面）とは反対側の主面Ｆ２（第２の主面）に配置された導体パターン２１を有する。
導体パターン２１は、センサ基板２０の主面Ｆ２に、例えば、電源ＧＮＤの導体パターン（導電パターン）として、形成されており、導体部３２と同様に、電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。

また、本実施形態による圧力センサ１ｃの動作は、上述した第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｃは、キャビティ筐体３０と、センサ基板２０と、カンチレバー３と、圧力検出部６０とを備える。センサ基板２０は、キャビティ筐体３０の開口面を覆うように、カンチレバー３が配置されている主面Ｆ１（第１の主面）とは反対側の主面Ｆ２（第２の主面）に配置された導体パターン２１を有する。また、導体部３２及び導体パターン２１が電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。

これにより、本実施形態による圧力センサ１ｃは、樹脂部３１が断熱を行い、樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置された導体部３２とセンサ基板２０の導体パターン２１とがシールドとして機能し、キャビティ５内に電磁ノイズが侵入することを抑制するため、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。すなわち、本実施形態による圧力センサ１ｃは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏し、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。
なお、本実施形態による圧力センサ１ｃでは、導体パターン２１が、センサ基板２０の側からの電磁ノイズを低減することができるため、電磁ノイズにより検出精度が低下することをさらに低減することができる。

［第５の実施形態］
次に、図面を参照して、第５の実施形態による圧力センサ１ｄについて説明する。
本実施形態では、第１の実施形態における導体部３２の形状（パターン）が異なる第１の変形例について説明する。

図１０は、本実施形態による圧力センサ１ｄの一例を示す外観図である。なお、本実施形態による圧力センサ１ｄの断面図は、図２に示す第１の実施形態と同様であり、ここで、その説明を省略する。
図１０に示すように、圧力センサ１ｄは、センサ部１０と、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ｃと、圧力検出部６０とを備えている。また、圧力センサ１ｄは、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ｃとにより形成された中空であるキャビティ５を備えている。なお、図１０において、図１と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。

キャビティ筐体３０ｃは、内部にキャビティ５が形成され、断熱性と導電性とを有する有底箱状に形成されている筐体である。キャビティ筐体３０ｃは、センサ基板２０によりキャビティ筐体３０ｃの開口面（キャビティ５の開口面）を覆うように、センサ基板２０の主面Ｆ１側に配置されている。また、キャビティ筐体３０ｃは、例えば、断熱性を有する樹脂部３１と、導電性を有する導体部３２ｃとを備えている。

導体部３２ｃは、例えば、金属で構成され、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置されている。また、導体部３２ｃは、メッシュ状の形状で構成されている。また、導体部３２ｃは、電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。
なお、キャビティ筐体３０ｃは、例えば、メッシュ状の金属シートを樹脂部３１に接着して形成されている。また、キャビティ筐体３０ｃは、上述した第１の実施形態と同様の手法により形成されてもよい。

また、本実施形態による圧力センサ１ｄの動作は、上述した第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｄは、キャビティ筐体３０ｃと、センサ基板２０と、カンチレバー３と、圧力検出部６０とを備える。キャビティ筐体３０ｃは、断熱性を有する樹脂で構成された有底箱状の樹脂部３１と、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置された導電性を有し、メッシュ状の形状の導体部３２ｃとを備え、導体部３２ｃが電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｄは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏し、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。

［第６の実施形態］
次に、図面を参照して、第６の実施形態による圧力センサ１ｅについて説明する。
本実施形態では、第１の実施形態における導体部３２の形状（パターン）が異なる第２の変形例について説明する。

図１１は、本実施形態による圧力センサ１ｅの一例を示す外観図である。なお、本実施形態による圧力センサ１ｅの断面図は、図２に示す第１の実施形態と同様であり、ここで、その説明を省略する。
図１１に示すように、圧力センサ１ｅは、センサ部１０と、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ｄと、圧力検出部６０とを備えている。また、圧力センサ１ｅは、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ｄとにより形成された中空であるキャビティ５を備えている。なお、図１１において、図１と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。

キャビティ筐体３０ｄは、内部にキャビティ５が形成され、断熱性と導電性とを有する有底箱状に形成されている筐体である。キャビティ筐体３０ｄは、センサ基板２０によりキャビティ筐体３０ｄの開口面（キャビティ５の開口面）を覆うように、センサ基板２０の主面Ｆ１側に配置されている。また、キャビティ筐体３０ｄは、例えば、断熱性を有する樹脂部３１と、導電性を有する導体部３２ｄとを備えている。

導体部３２ｄは、例えば、金属で構成され、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置されている。また、導体部３２ｄは、格子状の形状で構成されている。また、導体部３２ｄは、電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。
なお、キャビティ筐体３０ｄは、例えば、格子状の金属シートを樹脂部３１に接着して形成されている。また、キャビティ筐体３０ｄは、上述した第１の実施形態と同様の手法により形成されてもよい。

また、本実施形態による圧力センサ１ｅの動作は、上述した第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｅは、キャビティ筐体３０ｄと、センサ基板２０と、カンチレバー３と、圧力検出部６０とを備える。キャビティ筐体３０ｄは、断熱性を有する樹脂で構成された有底箱状の樹脂部３１と、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置された導電性を有し、格子状の形状の導体部３２ｄとを備え、導体部３２ｄが電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｅは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏し、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。

［第７の実施形態］
次に、図面を参照して、第７の実施形態による圧力センサ１ｆについて説明する。
本実施形態では、第１の実施形態における導体部３２の形状（パターン）が異なる第３の変形例について説明する。

図１２は、本実施形態による圧力センサ１ｆの一例を示す外観図である。なお、本実施形態による圧力センサ１ｆの断面図は、図２に示す第１の実施形態と同様であり、ここで、その説明を省略する。
図１２に示すように、圧力センサ１ｆは、センサ部１０と、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ｅと、圧力検出部６０とを備えている。また、圧力センサ１ｆは、センサ基板２０と、キャビティ筐体３０ｅとにより形成された中空であるキャビティ５を備えている。なお、図１２において、図１と同一の構成には同一の符号を付与してその説明を省略する。

キャビティ筐体３０ｅは、内部にキャビティ５が形成され、断熱性と導電性とを有する有底箱状に形成されている筐体である。キャビティ筐体３０ｅは、センサ基板２０によりキャビティ筐体３０ｅの開口面（キャビティ５の開口面）を覆うように、センサ基板２０の主面Ｆ１側に配置されている。また、キャビティ筐体３０ｅは、例えば、断熱性を有する樹脂部３１と、導電性を有する導体部３２ｅとを備えている。

導体部３２ｅは、例えば、金属で構成され、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置されている。また、導体部３２ｅは、各面を覆う導体パネル部３２１と、各面の導体パネル部３２１を電気的に相互に接続する導体接続部３２２とを備えている。また、導体部３２ｅは、電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。
なお、キャビティ筐体３０ｅは、例えば、導体パネル部３２１及び導体接続部３２２を樹脂部３１に接着して形成されている。また、キャビティ筐体３０ｅは、上述した第１の実施形態と同様の手法により形成されてもよい。

また、本実施形態による圧力センサ１ｆの動作は、上述した第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｆは、キャビティ筐体３０ｅと、センサ基板２０と、カンチレバー３と、圧力検出部６０とを備える。キャビティ筐体３０ｅは、断熱性を有する樹脂で構成された有底箱状の樹脂部３１と、キャビティ５を覆うように、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面に配置された導電性を有する導体部３２ｅとを備え、導体部３２ｅが電源ＧＮＤ（基準電位）に接続されている。また、導体部３２ｅは、各面を覆う導体パネル部３２１と、各面の導体パネル部３２１を電気的に相互に接続する導体接続部３２２とを備えている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｆは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏し、温度変化や電磁ノイズにより検出精度が低下することを低減することができる。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態において、キャビティ筐体３０（３０ａ〜３０ｅ）は、導体部３２（３２ａ〜３２ｅ）を備える例を説明したが、これに限定されるものではなく、断熱性と導電性とを有する有底箱状に一体形成されてもよい。すなわち、キャビティ筐体３０（３０ａ〜３０ｅ）は、例えば、金属粒子やカーボン粉、金属フレーク（金属片）、金属繊維、カーボン繊維などを合成樹脂に混入して形成されてもよい。

また、上記の各実施形態において、導体部３２（３２ａ〜３２ｅ）は、少なくとも樹脂部３１の外側底面及び外壁面、又は樹脂部３１の内側底面及び内壁面に配置される例を説明したが、これに限定されるものではなく、外側底面及び外壁面と内側底面及び内壁面との両方に配置されるようにしてもよい。
また、上記の各実施形態において、キャビティ筐体３０（３０ａ〜３０ｅ）は、四角形状（立方形状）の有底箱状に形成される例を説明したが、これに限定されるものではなく、円筒状の有底箱状に形成されていてもよい。

また、上記の第３の実施形態において、導体部３２ｂがキャビティ筐体３０ｂの開口面を含めて配置されている例を説明したが、他の実施形態（第２、第４〜第７の実施形態）に対して、同様に適用してもよい。
また、上記の第４の実施形態において、センサ基板２０が、導体パターン２１を有する例を説明したが、他の実施形態（第２、第３、第５〜第７の実施形態）に対して、同様に適用してもよい。

また、上記の第５〜第７の実施形態において、第１の実施形態における導体部３２の形状（パターン）が異なる変形例を説明したが、第２〜第４の実施形態に対して、同様に適用してもよい。
また、上記の各実施形態において、アナログ回路部４０がキャビティ５内に配置されている例を説明したが、これに限定されるものではなく、センサ部１０を除くアナログ回路部４０の一部又は全部が、キャビティ５の外部に配置されるようにしてもよい。また、圧力センサ１（１ａ〜１ｆ）は、デジタル処理部５０を含めた圧力検出部６０を、キャビティ５内にするようにしてもよい。

また、上述の圧力検出部６０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した圧力変動を検出する処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記の各実施形態において、圧力センサ１（１ａ〜１ｆ）は、圧力伝達媒体の一例として、空気の圧力変動を検出する例を説明したがこれに限定されるものではなく、例えば、他の気体、液体などの他の流体の圧力を検出するようにしてもよい。

また、上述した圧力センサ１（１ａ〜１ｆ）が備える機能の一部又は全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ 圧力センサ
２ レバー本体
３ カンチレバー
３ａ 先端部
３ｂ 基端部
４ レバー支持部
５ キャビティ
６ ドープ層（ピエゾ抵抗）
１０ センサ部
２０ センサ基板
２１ 導体パターン
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ キャビティ筐体
３１ 樹脂部
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ 導体部
４０ アナログ回路部
４１ ホイートストンブリッジ回路
４２ 差動増幅回路
４３ ＡＤＣ
５０ デジタル処理部
６０ 圧力検出部
３２１ 導体パネル部
３２２ 導体接続部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗
Ｇ１、Ｇ２ ギャップ

Claims (4)

1. 内部にキャビティが形成され、断熱素材である合成樹脂に導電素材を混入して一体形成されている、導電性を有する有底箱状のキャビティ筐体と、
   前記キャビティの内部と外部とを連通する連通孔を有し、前記キャビティ筐体の開口面を覆うように配置されたセンサ基板と、
   前記センサ基板の第１の主面に配置され、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
   前記カンチレバーの撓み変形に応じた圧力変動を検出する圧力検出部と
   を備え、
   前記圧力検出部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出するアナログ処理を行うアナログ回路部と、デジタル処理部とを備え、
   前記アナログ回路部が、前記キャビティの内部に配置され、前記デジタル処理部が、前記キャビティの外部に配置されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 内部にキャビティが形成された有底箱状のキャビティ筐体と、
   前記キャビティの内部と外部とを連通する連通孔を有し、前記キャビティ筐体の開口面を覆うように配置されたセンサ基板と、
   前記センサ基板の第１の主面に配置され、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
   前記カンチレバーの撓み変形に応じた圧力変動を検出する圧力検出部と
   を備え、
   前記キャビティ筐体は、
   断熱素材である樹脂で構成された有底箱状の樹脂部と、
   前記キャビティを覆うように、少なくとも前記樹脂部の外側底面及び外壁面に配置された導電性を有する格子状の形状の導体部と
   を備え、
   前記導体部が基準電位に接続され、
   前記圧力検出部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出するアナログ処理を行うアナログ回路部と、デジタル処理部とを備え、
   前記アナログ回路部が、前記キャビティの内部に配置され、前記デジタル処理部が、前記キャビティの外部に配置されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
3. 前記導体部は、さらに前記樹脂部の開口面を覆うように配置されており、前記開口面に配置された前記導体部の部分を介して、前記センサ基板の前記基準電位に接続されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記センサ基板は、前記キャビティ筐体の開口面を覆うように、前記カンチレバーが配置されている前記第１の主面とは反対側の第２の主面に配置された導体パターンを有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧力センサ。

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