JP7156969B2 - Pressure sensor driving method - Google Patents
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Description
本発明は、圧力センサ駆動方法に関する。 The present invention relates to a pressure sensor driving method .
従来、外気の気圧変動を検出する装置として、密封されたキャビティ(密封キャビティ)を有し、キャビティと外気との間に発生する気圧差を受圧部で検出する、あるいは、キャビティに気体が流入出できる透過穴を設け、透過穴の上に受圧部を配置して外気の気圧変動を検出する圧力センサが知られている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, as a device for detecting atmospheric pressure fluctuations in the outside air, it has a sealed cavity (sealed cavity), and the pressure difference generated between the cavity and the outside air is detected by a pressure receiving part, or gas flows into and out of the cavity. A pressure sensor is known in which a permeable hole is provided and a pressure receiving portion is arranged above the permeable hole to detect atmospheric pressure fluctuations in the outside air (see, for example, Patent Document 1).
密封キャビティを有する圧力センサの場合、落下したりぶつけたりした際に受圧部が急激な気圧変動を受け、破損しやすい。特に高感度タイプの圧力センサは、受圧部の変位が大きいため、受圧部がより破損しやすい。
また、受圧部が透過穴の上に配置されている圧力センサの場合は、透過穴が小さいときには密封キャビティと同様の課題が有り、透過穴が大きいときには、外気の気圧変動が受圧部の両側に同時に到達するため、受圧部が変位しづらくなり、高感度な圧力変動検出ができない。
In the case of a pressure sensor with a sealed cavity, when dropped or hit, the pressure receiving part is subject to sudden pressure fluctuations and is easily damaged. In particular, a high-sensitivity type pressure sensor has a large displacement of the pressure-receiving portion, so the pressure-receiving portion is more likely to be damaged.
In addition, in the case of a pressure sensor in which the pressure receiving part is arranged above the transmission hole, if the transmission hole is small, there are problems similar to those of the sealed cavity. Since they arrive at the same time, it becomes difficult for the pressure-receiving portion to be displaced, and high-sensitivity pressure fluctuation detection cannot be performed.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、急激な外気圧変動が起きても破損せず、また高感度な測定が可能な圧力センサ駆動方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of driving a pressure sensor that is not damaged even when a sudden change in atmospheric pressure occurs and that enables highly sensitive measurement.
上記課題を解決するために、本発明の1態様に係る圧力センサは、キャビティの内部と外気との気圧差を受けて変位する受圧部と、前記受圧部の変位を検出して出力する変位検出部と、を備え、前記キャビティは、封止可能なキャビティ開口部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a pressure sensor according to one aspect of the present invention includes a pressure receiving portion that is displaced by receiving an air pressure difference between the inside of a cavity and the outside air, and a displacement detection that detects and outputs the displacement of the pressure receiving portion. and a portion, wherein the cavity comprises a sealable cavity opening.
前記キャビティは、厚み方向に貫通する貫通孔を有する基板の片面に実装されており、前記受圧部は、前記貫通孔を覆うように配置されたカンチレバーから構成され、前記カンチレバーの外周縁と前記貫通孔の縁部との間に形成されるギャップと前記貫通孔を通じて、前記キャビティの内部と外気とが連通してもよい。 The cavity is mounted on one side of a substrate having a through hole penetrating in the thickness direction, and the pressure receiving portion is composed of a cantilever arranged so as to cover the through hole. The inside of the cavity and the outside air may communicate with each other through a gap formed between the edge of the hole and the through hole.
前記キャビティ開口部は、開閉可能なフタから構成されてもよい。 The cavity opening may comprise a lid that can be opened and closed.
前記キャビティ開口部は、開閉可能なスライド板から構成されてもよい。 The cavity opening may be composed of an openable and closable slide plate.
前記キャビティ開口部の封止は不可逆であってもよい。 The sealing of the cavity opening may be irreversible.
前記キャビティ開口部の封止は、密封されている接着剤を開放することであってもよい。 The sealing of the cavity opening may be the release of a sealed adhesive.
本発明の1態様に係る圧力センサ駆動方法は、キャビティの内部と外気との気圧差を受けて変位する受圧部と、前記受圧部の変位を検出して出力する変位検出部と、を備える圧力センサの駆動方法であって、前記キャビティは、封止可能なキャビティ開口部を備え、前記圧力センサを駆動しない時は、前記キャビティ開口部を開口し、前記圧力センサを駆動する時は、前記キャビティ開口部を封止することを特徴とする。 A pressure sensor driving method according to an aspect of the present invention includes a pressure receiving portion that is displaced by receiving an air pressure difference between the inside of a cavity and the outside air, and a displacement detection portion that detects and outputs the displacement of the pressure receiving portion. A sensor driving method, wherein the cavity comprises a sealable cavity opening, the cavity opening is open when the pressure sensor is not driven, and the cavity is opened when the pressure sensor is driven. The opening is sealed.
前記キャビティ開口部は、開閉可能なフタから構成され、前記圧力センサを駆動しない時は、前記フタを開いて前記キャビティ開口部を開口し、前記圧力センサを駆動する時は、前記フタを閉じて前記キャビティ開口部を封止してもよい。 The cavity opening is composed of a lid that can be opened and closed, and when the pressure sensor is not driven, the lid is opened to open the cavity opening, and when the pressure sensor is driven, the lid is closed. The cavity opening may be sealed.
前記キャビティ開口部は、開閉可能なスライド板から構成され、前記圧力センサを駆動しない時は、前記スライド板を移動して前記キャビティ開口部を開口し、前記圧力センサを駆動する時は、前記スライド板を移動して前記キャビティ開口部を封止してもよい。 The cavity opening is composed of a slide plate that can be opened and closed. When the pressure sensor is not driven, the slide plate is moved to open the cavity opening, and when the pressure sensor is driven, the slide is used. A plate may be moved to seal the cavity opening.
前記キャビティ開口部の近傍には、密封されている接着剤が配置されており、前記圧力センサを駆動する前に、前記密封されている接着剤を開放して前記キャビティ開口部を封止してもよい。 A sealed adhesive is disposed near the cavity opening, and the sealed adhesive is released to seal the cavity opening prior to driving the pressure sensor. good too.
本発明の1態様に係る圧力センサ運搬方法は、キャビティの内部と外気との気圧差を受けて変位する受圧部と、前記受圧部の変位を検出して出力する変位検出部と、を備える圧力センサの運搬方法であって、前記キャビティは、封止可能なキャビティ開口部を備え、前記キャビティ開口部を開口した状態で前記圧力センサを運搬することを特徴とする。 A pressure sensor carrying method according to one aspect of the present invention includes a pressure receiving portion that is displaced by receiving a pressure difference between the inside of a cavity and the outside air, and a displacement detection portion that detects and outputs the displacement of the pressure receiving portion. A method of transporting a sensor, wherein the cavity comprises a sealable cavity opening and the pressure sensor is transported with the cavity opening open.
本発明の各態様に係る圧力センサ、圧力センサ駆動方法および圧力センサ運搬方法によれば、運搬時など、外気圧の変動を検出する必要が無く、かつ落下などによって外気圧が急激に変動する恐れがある時には、キャビティ開口部を開いておくことで、急激な外気圧変動が起きても圧力センサが破損しない。
また、駆動時、すなわち外気圧の変動を検出する際には、キャビティ開口部を閉じておくことで、外気圧変動が微小であってもキャビティ内気圧との差圧を発生させ、高感度な検出が可能となる。
すなわち、急激な外気圧変動が起きても破損せず、また高感度な測定が可能な圧力センサ、圧力センサ駆動方法および圧力センサ運搬方法を提供することできる。
According to the pressure sensor, the method for driving the pressure sensor, and the method for transporting the pressure sensor according to each aspect of the present invention, there is no need to detect fluctuations in the outside air pressure during transportation, and there is a possibility that the outside air pressure may suddenly fluctuate due to dropping or the like. In some cases, by keeping the cavity opening open, the pressure sensor will not be damaged even if a sudden change in atmospheric pressure occurs.
In addition, when driving, that is, when detecting fluctuations in the outside air pressure, by closing the cavity opening, even if the fluctuations in the outside air pressure are minute, a differential pressure can be generated between the air pressure inside the cavity and high sensitivity. Detection becomes possible.
In other words, it is possible to provide a pressure sensor, a pressure sensor driving method, and a pressure sensor transporting method which are not damaged even when a sudden change in atmospheric pressure occurs and which can perform highly sensitive measurements.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る圧力センサ、圧力センサ駆動方法および圧力センサ運搬方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a pressure sensor, a pressure sensor driving method, and a pressure sensor carrying method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(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の構成について説明する。図1及び図2は、本実施形態に係る圧力センサ1(差圧センサ、センサモジュール)の断面図である。圧力センサ1は、センサ基板2と、センサ基板2の上面に実装されているキャビティ筐体3(キャビティ)と、を備える。キャビティ筐体3は、例えば、四角形状(立方形状)の有底箱状に形成されている。
(First embodiment)
First, the configuration of the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention will be described. 1 and 2 are sectional views of a pressure sensor 1 (differential pressure sensor, sensor module) according to this embodiment. The pressure sensor 1 includes a
センサ基板2は、例えば、回路基板である。箱状のキャビティ筐体3の内部(キャビティ内部5)において、センサ基板2の上面には、SOI基板10、及び受圧部6が実装されている。また、センサ基板2には、当該センサ基板2を厚み方向に貫通する貫通孔30が形成され、貫通孔30を通じてキャビティ内部5と外気4とは互いに連通している。
The
なお、センサ基板2の平面視で、互いに直交する2方向のうちの一方の方向を前後方向L1といい、他方向を左右方向L2という。センサ基板2は、前後方向L1に沿った長さが左右方向L2に沿った長さよりも長い平面視長方形状に形成されている。ただし、センサ基板2の形状はこの場合に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。
Note that, in a plan view of the
受圧部6は、外気4とキャビティ筐体3の内部(キャビティ内部)5との気圧差を受けて変位する。図1に示す例では、受圧部6は、外気4の圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバーから構成されている。なお、本明細書において、外気とは、キャビティ筐体3の外側、すなわち圧力センサ1から見た外側の気体のことをいう。
The
カンチレバー6は、センサ基板2の上面に対して重なった状態で接合された半導体基板によって形成されている。図1の例では、半導体基板として、シリコン支持層12、シリコン酸化膜等の絶縁層13及びシリコン活性層14を、下方からこの順番で配置されたSOI基板10を示している。従って、カンチレバー6は、SOI基板10によって形成されている。
The
ただし、カンチレバー6は、SOI基板10によって形成される場合に限定されるものではない。なお、シリコン支持層12を一定電位に維持する(例えば、シリコン支持層12をセンサ基板2のグラウンド等に接続)等して、SOI基板10に厚さ方向の電位差の変動が生じることを抑制することが好ましい。
However, the
また、SOI基板10は、センサ基板2と同様に、前後方向L1に沿った長さが左右方向L2に沿った長さよりも長い平面視長方形状に形成されている。シリコン支持層12及び絶縁層13には、センサ基板2と同様に、これらシリコン支持層12及び絶縁層13を厚み方向に貫通する貫通孔30が形成されている。
Moreover, the
カンチレバー6は、基端部(図では左側)から先端部(図では右側)に向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ内部5と外気4との圧力差に応じて撓み変形する。カンチレバー6は、基端部が片持ち支持されており、基端部が半導体基板に接続され、且つ先端部が自由端とされた片持ち梁構造とされ、貫通孔30を覆い、概ね塞ぐように配置されている。
The
カンチレバー6の外周縁と貫通孔30の縁部との間には、カンチレバー6の外周縁に沿って、ギャップ20が形成されている。センサ基板2、シリコン支持層12及び絶縁層13の貫通孔30は、ギャップ20を通じてカンチレバー6の上方に位置するキャビティ内部5に連通している。これにより、ギャップ20及び貫通孔30を通じて、キャビティ内部5と外気4とは互いに連通している。
A
カンチレバー6は、基端部側の一部がピエゾ抵抗部(抵抗素子)となっており、カンチレバー6の撓み量(変位)に応じて電気抵抗が変化する変位検出抵抗6a(変位検出部)として機能する。ピエゾ抵抗部は、ドープ層(不純物半導体層)により形成されている。このドープ層は、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。
A portion of the
カンチレバー6の基端部の上には、ドープ層よりも電気抵抗が小さい導電性材料(例えば、Au(金)等)からなる外部電極15が形成されている。この外部電極15は、変位検出抵抗6aの端部として機能する。
An
図3は、本実施形態に係るセンサモジュールのブロック図である。センサモジュールは、アナログ部50とマイコン60から構成される。アナログ部50は、ブリッジ回路55と、アンプ56と、フィルタ57から構成される。ブリッジ回路55は、変位検出抵抗6aと、参照抵抗52と、可変抵抗53と、固定抵抗54とから構成される。
FIG. 3 is a block diagram of the sensor module according to this embodiment. The sensor module is composed of an
変位検出抵抗6a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、キャビティ内部5と外気4の差圧に応じて抵抗値が変化する。参照抵抗52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。可変抵抗53は、第1端が電圧Vccの供給線に、第2端がノードN2に接続されている。固定抵抗54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。
The
変位検出抵抗6aは、圧力センサ1の内部に構成されており、可変抵抗53及び固定抵抗54は、圧力センサ1の外部に備えられた外付け抵抗である。また、参照抵抗52は、例えば、変位検出抵抗6aと温度特性が同一になるように形成された抵抗であり、圧力センサ1内に構成されてもよいし、圧力センサ1の近傍の外部に備えられてもよい。
The
アンプ56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。アンプ56は、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。なお、この電位差は、変位検出抵抗6a(ピエゾ抵抗部)の抵抗値変化に応じた値、すなわちカンチレバーの変位に基づいた値となる。出力信号は、フィルタ57においてフィルタ処理され、マイコン60に伝搬される。
The
マイコン60はA/D変換部61と圧力計算部62から構成される。アナログ部50から伝搬された出力信号は、A/D変換部61においてディジタル変換され、圧力計算部62に伝搬される。圧力計算部62では、出力信号に対して温度補正などのソフトウェア処理を行い、処理結果を圧力値として出力する。
The
本実施形態において、キャビティ筐体3の一部はキャビティ開口部7となっている。図1及び図2の例では、キャビティ開口部7は開閉可能なフタから構成されており、蝶番7aを介してフタが片開きできる様子を模式的に示している。図1は、キャビティ開口部7が閉じた状態を示し、図2は、キャビティ開口部7が開いた状態を示す。図1に示すようにキャビティ開口部7が閉じているときは、外気4の気圧24とキャビティ内部5の気圧25は異なる値になり得る。一方、図2に示すようにキャビティ開口部7が開いているとき、開口40を介して外気4の気圧とキャビティ内部5の気圧は常に同一の値となる。
In this embodiment, part of the
図4(a)は、図1に示すようにキャビティ開口部7が閉じている場合に、外気4に気圧変動24が起こったときの、キャビティ内部5の気圧変動25を示すグラフであり、図4(b)は、このときの受圧部6の変位26を示すグラフである。グラフの横軸は時間(sec)であり、グラフの縦軸は図4(a)では圧力値(Pa)、図4(b)では長さ(μm)である。
FIG. 4(a) is a graph showing
あるタイミングで外気4に気圧変動が起こると、図4(a)に示すように、外気4の気圧24は一気に変化し、遅れてキャビティ内部5の気圧25が変化する。そしてしばらくすると、外気4の気圧24とキャビティ内部5の気圧25は同じ圧力値となる。受圧部6の変位26は、外気4の気圧24とキャビティ内部5の気圧25との差に応じて変化する。そのため、図4(b)に示すように、受圧部6の変位26は、一時的に増加するが、しばらくすると収束して0となる。
When atmospheric pressure fluctuation occurs in the
本実施形態において、受圧部6は極めて薄いSi製カンチレバーであり、僅かな差圧であっても大きな変位を起こすことから、高感度な圧力センサとなっている。なお、本明細書で、高感度な圧力センサとは、例えば1Paの圧力の変化を検出できる感度の圧力センサのことをいう。
In this embodiment, the
図5(a)は、図1に示すようにキャビティ開口部7が閉じている場合に、圧力センサを落下させたり何らかの物体に強く接触させるなどしたときの、外気4の気圧変動34と、それに伴うキャビティ内部5の気圧変動35を示すグラフであり、図5(b)は、受圧部6の変位36を示すグラフである。グラフの横軸は時間(sec)であり、グラフの縦軸は図5(a)では圧力値(KPa)、図5(b)では長さ(μm)である。
FIG. 5(a) shows
このとき、外気4の気圧34は一瞬で大きくなるが、図4の時に比べ桁違いに大きな値となる。例えば、図5(a)のグラフに示すように外気4の気圧変動34は数KPaであり、図4(a)のグラフに示した外気4の気圧変動24の数千倍である。一方、キャビティ内部5の気圧変動35は空気の流入速度が遅いため、外気4の気圧変動34に追いつかない。図5(a)のグラフに示すように、キャビティ内部5の気圧変動35はほぼ平らである。その結果、図5(b)に示すように、受圧部6の変位36は極めて大きくなり、圧力センサが破損してしまう。
At this time, the
図6(a)は、図2に示すようにキャビティ開口部7が開いている場合に、圧力センサを落下させたり何らかの物体に強く接触させるなどしたときの、外気4の気圧変動44と、それに伴うキャビティ内部5の気圧変動45を示すグラフであり、図6(b)は、受圧部6の変位46を示すグラフである。グラフの横軸は時間(sec)であり、グラフの縦軸は図6(a)では圧力値(KPa)、図6(b)では長さ(μm)である。
FIG. 6(a) shows
このとき、気圧変動した外気4の圧力値44は大きな値となるが、キャビティ開口部7が開いているため、キャビティ内部5の気圧45は常に外気4の気圧44と同一となる。そのため、図6(a)に示すように、キャビティ内部5の気圧変動45は外気4の気圧変動44に重なる。その結果、図6(b)に示すように、受圧部6の変位46は全く変動せず、圧力センサが破損することはない。
At this time, the
上述のように、本実施形態では、キャビティ筐体3は、開閉可能なフタから構成され封止可能なキャビティ開口部7を備える。圧力センサ1を駆動しない時は、キャビティ開口部7を開口する、すなわちフタを開くことにより、開口40を介してキャビティ内部5の気圧と外気4の気圧を同一とすることができる。そのため、受圧部6の変位46は全く変動せず、圧力センサ1が破損することを防ぐことができる。
As described above, in this embodiment, the
圧力センサ1を駆動する時は、キャビティ開口部7を封止する、すなわちフタを閉じることにより、外気4の気圧24とキャビティ内部5の気圧25は異なる値になり得る。そのため、変位検出抵抗6a(ピエゾ抵抗部)の抵抗値変化(受圧部6の変位)に基づいて、圧力値を求めることができる。
When the pressure sensor 1 is driven, the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る圧力センサの構成について説明する。図7及び図8は、本実施形態に係る圧力センサ51(差圧センサ、センサモジュール)の断面図である。第1実施形態の圧力センサ1との違いは、本実施形態の圧力センサ51では、キャビティ筐体53の一部は、スライド板から構成されたキャビティ開口部57となっていることである。スライド板は、キャビティ筐体53に対して水平にスライドすることにより開閉可能な構造を有する。それ以外の点は、本実施形態は第1実施形態と同じであるので、説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, the configuration of the pressure sensor according to the second embodiment of the invention will be described. 7 and 8 are sectional views of the pressure sensor 51 (differential pressure sensor, sensor module) according to this embodiment. The difference from the pressure sensor 1 of the first embodiment is that in the
図7は、キャビティ開口部57が閉じた状態を示し、図8は、スライド板が横方向にスライド(移動)することによりキャビティ開口部57が開いた状態を示す。図7に示すようにキャビティ開口部57が閉じているときは、外気4の気圧とキャビティ内部5の気圧は異なる値になり得る。一方、図8に示すようにキャビティ開口部57が開いているとき、開口40を介して外気4の気圧とキャビティ内部5の気圧は常に同一の値となる。
7 shows a state in which the
このように、本実施形態では、キャビティ筐体53は、開閉可能なスライド板から構成され封止可能なキャビティ開口部57を備える。圧力センサ51を駆動しない時は、スライド板を移動してキャビティ開口部57を開口することにより、キャビティ内部5の気圧と外気4の気圧を同一とすることができる。そのため、受圧部6の変位は全く変動せず、圧力センサ51が破損することを防ぐことができる。
Thus, in the present embodiment, the
圧力センサ51を駆動する時は、スライド板を移動してキャビティ開口部57を封止することにより、外気4の気圧とキャビティ内部5の気圧は異なる値になり得る。そのため、変位検出抵抗6a(ピエゾ抵抗部)の抵抗値変化(受圧部6の変位)に基づいて、圧力値を求めることができる。このように、本実施形態は第1実施形態と同じ効果を奏しつつ、キャビティ筐体53の一部がスライドするだけなので圧力センサ全体を小型化できる。
When driving the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る圧力センサの構成について説明する。図9及び図10は、本実施形態に係る圧力センサ61(差圧センサ、センサモジュール)の断面図である。第1実施形態の圧力センサ1との違いは、本実施形態の圧力センサ61では、キャビティ筐体63の一部はキャビティ開口部67となっており、キャビティ開口部67の開口40の近傍に、接着剤69が密封された袋68が配置されていることである。それ以外の点は、本実施形態は第1実施形態と同じであるので、説明を省略する。
(Third Embodiment)
Next, the structure of the pressure sensor according to the third embodiment of the invention will be described. 9 and 10 are sectional views of the pressure sensor 61 (differential pressure sensor, sensor module) according to this embodiment. The difference from the pressure sensor 1 of the first embodiment is that in the
図9は、キャビティ開口部67がキャビティ筐体63に対して接着剤69で固定された状態を示し、図10は、固定される前に接着剤69が密封された袋68がキャビティ開口部67の開口40の近傍に固定された状態を示す。図9に示すようにキャビティ開口部67が閉じているときは、外気4の気圧24とキャビティ内部5の気圧25は異なる値になり得る。一方、図10に示すようにキャビティ開口部67が開いているとき、開口40を介して外気4の気圧とキャビティ内部5の気圧は常に同一の値となる。
FIG. 9 shows a state in which the
このように、本実施形態では、キャビティ筐体63は、密封されている接着剤を開放することで封止可能なキャビティ開口部67を備える。圧力センサ61を駆動する前は、キャビティ開口部67の開口40を介して、キャビティ内部5の気圧と外気4の気圧を同一とすることができる。そのため、受圧部6の変位は全く変動せず、圧力センサ61が破損することを防ぐことができる。
Thus, in this embodiment, the
圧力センサ61を駆動する時は、接着剤69が密封された袋68を破り接着剤69を開放することで開口40が充填され、キャビティ開口部67を封止するので、外気4の気圧とキャビティ内部5の気圧は異なる値になり得る。そのため、変位検出抵抗6a(ピエゾ抵抗部)の抵抗値変化(受圧部6の変位)に基づいて、圧力値を求めることができる。また、キャビティ開口部67がキャビティ筐体63に固定され、強固な固定が可能となる。なお、キャビティ開口部67を閉じる理想的なタイミングは、圧力センサとして駆動する直前であることが望ましい。本実施形態では、第1実施形態および第2実施形態とは異なり、キャビティ開口部67の封止は不可逆であり、一度閉めると再度開くことはできない。
When the
上述の実施形態の説明では、受圧部がカンチレバーである場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、受圧部がカンチレバーでない場合にも適用できる。例えば、キャビティ内部の気圧を真空状態にして使用する圧力センサに本発明を適用する場合は、圧力センサの駆動時にキャビティ開口部を封止して、さらにキャビティ内部の気圧を真空にすれば、圧力センサとして機能させることができる。また、図示したキャビティ開口部は模式的な図であり、厳密に構造を示すものではない。キャビティ開口部として上述した機能を実現するものであれば、どのような構造であってもよい。 In the above description of the embodiment, the case where the pressure receiving portion is a cantilever has been described, but the present invention is not limited to this, and can also be applied when the pressure receiving portion is not a cantilever. For example, when the present invention is applied to a pressure sensor that uses the air pressure inside the cavity in a vacuum state, the opening of the cavity is sealed when the pressure sensor is driven, and the air pressure inside the cavity is further reduced to a vacuum. It can function as a sensor. Also, the illustrated cavity opening is a schematic diagram and does not strictly show the structure. Any structure may be used as long as it realizes the function described above as the cavity opening.
上述のように、圧力センサの運搬時(製造途中なども含む)は、圧力センサとして機能させる必要がなく、すなわち外気圧の変動を検出する必要がない。ただし、圧力センサの落下などによって外気圧が急激に変動し、圧力センサが破損する恐れがある。本発明の各態様に係る圧力センサおよび圧力センサ駆動方法によれば、運搬時など、圧力センサとして使用しない時には、キャビティ開口部を開いておくことで、急激な外気圧変動が起きても、キャビティ内部の気圧と外気の気圧を同一とすることができる。これにより、受圧部の変位は全く変動せず、圧力センサが破損することを防ぐことができる。 As described above, when the pressure sensor is being transported (including during manufacturing), there is no need to function as a pressure sensor, that is, there is no need to detect changes in the outside air pressure. However, there is a risk that the pressure sensor may be damaged due to a sudden change in the external air pressure due to a drop of the pressure sensor or the like. According to the pressure sensor and the pressure sensor driving method according to each aspect of the present invention, when the pressure sensor is not used as a pressure sensor, such as during transportation, the opening of the cavity is kept open. The pressure inside and outside air can be the same. As a result, the displacement of the pressure receiving portion does not fluctuate at all, and damage to the pressure sensor can be prevented.
また、圧力センサとして駆動する時、すなわち外気圧の変動を検出する際には、キャビティ開口部を閉じておくことで、外気圧変動が微小であってもキャビティ内気圧との差圧を発生させ、高感度な検出が可能となる。すなわち、急激な外気圧変動が起きても破損せず、また高感度な測定が可能な圧力センサおよび圧力センサ駆動方法を提供することできる。 Also, when driving as a pressure sensor, that is, when detecting fluctuations in the outside air pressure, by closing the cavity opening, even if the fluctuations in the outside air pressure are minute, a pressure difference from the pressure inside the cavity can be generated. , highly sensitive detection becomes possible. That is, it is possible to provide a pressure sensor and a method for driving the pressure sensor which are not damaged even when a sudden change in atmospheric pressure occurs and which can perform highly sensitive measurements.
本明細書において、前後、左右、上下、水平などの方向を示す言葉は、本発明の実施形態を説明するために使用している。従って、本発明の明細書を説明するために使用されたこれらの言葉は、本発明の装置において相対的に解釈されるべきである。 In this specification, directional terms such as front-back, left-right, up-down, and horizontal are used to describe embodiments of the present invention. Accordingly, these terms used to describe the specification of the present invention should be interpreted relative to the device of the present invention.
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and their modifications. Configuration additions, omissions, substitutions, and other changes are possible without departing from the scope of the present invention. Moreover, the present invention is not limited by the foregoing description, but only by the scope of the appended claims.
1、51、61 圧力センサ(差圧センサ、センサモジュール)
2 センサ基板
3、53、63 キャビティ筐体(キャビティ)
4 外気
5 キャビティ内部
6 受圧部(カンチレバー)
6a 変位検出抵抗(変位検出部、ピエゾ抵抗部)
7、57、67 キャビティ開口部
7a 蝶番
10 SOI基板
12 シリコン支持層
13 絶縁層
14 シリコン活性層
15 外部電極
20 ギャップ
24 外気4の気圧(気圧変動)
25 キャビティ内部5の気圧(気圧変動)
26 受圧部6の変位
30 貫通孔
34 外気4の気圧(気圧変動)
35 キャビティ内部5の気圧(気圧変動)
36 受圧部6の変位
40 キャビティ開口部の開口
44 外気4の気圧(気圧変動)
45 キャビティ内部5の気圧(気圧変動)
46 受圧部6の変位
50 アナログ部
52 参照抵抗
53 可変抵抗
54 固定抵抗
55 ブリッジ回路
56 アンプ
57 フィルタ
60 マイコン
61 A/D
62 圧力計算部
68 接着剤が密封された袋
69 接着剤
1, 51, 61 pressure sensor (differential pressure sensor, sensor module)
2
4 outside
6a displacement detection resistor (displacement detection part, piezoresistive part)
7, 57, 67
25 Air pressure inside the cavity 5 (air pressure fluctuation)
26 Displacement of
35 Air pressure inside the cavity 5 (air pressure fluctuation)
36 Displacement of
45 Air pressure inside the cavity 5 (air pressure fluctuation)
46 displacement of
62
Claims (4)
前記受圧部の変位を検出して出力する変位検出部と、
を備える圧力センサの駆動方法であって、
前記キャビティは、封止可能なキャビティ開口部を備え、
前記圧力センサを駆動しない時は、前記キャビティ開口部を開口し、
前記圧力センサを駆動する時は、前記キャビティ開口部を封止する
ことを特徴とする圧力センサ駆動方法。 a pressure-receiving portion that is displaced by receiving a pressure difference between the inside of the cavity and the outside air;
a displacement detection unit that detects and outputs the displacement of the pressure receiving unit;
A method of driving a pressure sensor comprising
the cavity comprises a sealable cavity opening;
opening the cavity opening when the pressure sensor is not driven;
A pressure sensor driving method, wherein the cavity opening is sealed when the pressure sensor is driven.
前記圧力センサを駆動しない時は、前記フタを開いて前記キャビティ開口部を開口し、
前記圧力センサを駆動する時は、前記フタを閉じて前記キャビティ開口部を封止する
ことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ駆動方法。 The cavity opening is composed of a lid that can be opened and closed,
When the pressure sensor is not driven, the lid is opened to open the cavity opening,
2. The pressure sensor driving method according to claim 1 , wherein the lid is closed to seal the cavity opening when the pressure sensor is driven.
前記圧力センサを駆動しない時は、前記スライド板を移動して前記キャビティ開口部を開口し、
前記圧力センサを駆動する時は、前記スライド板を移動して前記キャビティ開口部を封止する
ことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ駆動方法。 The cavity opening is composed of an openable and closable slide plate,
When the pressure sensor is not driven, the slide plate is moved to open the cavity opening,
2. The pressure sensor driving method according to claim 1 , wherein when driving the pressure sensor, the slide plate is moved to seal the cavity opening.
前記圧力センサを駆動する前に、前記密封されている接着剤を開放して前記キャビティ開口部を封止する
ことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ駆動方法。 A sealing adhesive is disposed near the cavity opening,
2. The pressure sensor driving method according to claim 1 , wherein the sealed adhesive is released to seal the cavity opening before driving the pressure sensor.
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