JPWO2005052533A1 - 圧力センサ装置 - Google Patents
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Abstract
下面に圧力検出用弾性表面波素子２を有するセンサ基板１を、センサ部２の周囲を取り囲む封止材４を介して支持基板６上に載置する。前記センサ基板１、前記支持基板６及び前記封止材４で囲まれる封止空間Ｓを形成し、この封止空間Ｓ内に前記圧力検出用弾性表面波素子２を気密封止する。圧力検出用弾性表面波素子２を外部環境から保護することにより、信頼性を向上させることができる。
Description
本発明は、タイヤ内の空気圧の監視などに用いられ、気体や液体などの圧力変動を検出して電気信号を発信する圧力センサ装置に関するものである。圧力の変動を検出する素子により構成される部分を、本明細書では、以下、「センサ部」という。
従来より、気体や液体などの圧力の変動を検出する圧力センサ装置として、印加される圧力の変動を、センサ部の発振周波数の変化として検出するタイプのものが用いられている。
かかる従来の圧力センサ装置としては図４０、図４１に示すように、圧電基板１０１上に、センサ部を構成する素子として、櫛歯状電極より構成される弾性表面波素子１０４及び弾性表面波素子１０７を形成するとともに、弾性表面波素子１０４が形成された領域が、弾性表面波素子１０７が形成された領域よりも厚みを薄く設定された構造のものが知られている（例えば特開昭６１−８２１３０号公報参照。）。
上述した圧力センサ装置は、厚みを薄くした領域に形成されている弾性表面波素子１０４において、圧力を受けたことによって、圧電基板１０１の表面応力が変化し弾性表面波の音速が変化するとともに、弾性表面波素子１０４の電極の間隔も変化する。このことにより、弾性表面波素子１０４の共振周波数が変化し、この共振周波数の変化により圧力を検出することができる。
また、前記圧力センサ装置は、同一の圧電基板上に形成された弾性表面波素子１０７の共振周波数の変化に応じて温度補償する機能も有している。
しかしながら、上述した従来の圧力センサ装置においては、センサ基板１０１上に形成されている弾性表面波素子１０４がセンサ基板１０１の表面に露出した状態で設けられており、これを保護するものが何ら存在していないことから、この圧力センサ装置をセンサ基板１０１に圧力が印加される形で使用する場合、弾性表面波素子１０４は水分等を含んだ空気に晒されることとなり、アルミニウ厶等から成る弾性表面波素子１０４の酸化腐食、変質等が誘発される。このような場合、弾性表面波素子１０４の電気的特性が変化してしまうため、圧力センサ装置として正常に機能させることができなくなるおそれがある。
また上述した従来の圧力センサ装置においては、その使用に際して外気に晒される弾性表面波素子１０４の表面に異物等が付着するおそれもある。その場合、弾性表面波素子１０４の電極指間が異物を介し電気的に短絡する等して正常な共振特性が得られなくなり、これによって圧力センサ装置として正常に機能させることができなくなる。
さらに、上述した従来の圧力センサ装置においては、弾性表面波素子１０４に接続される発振回路がセンサ基板１０１より分離された形で配置されており、そのため、圧力センサ装置の全体構造を小型化することが困難である上に、弾性表面波素子１０４と発振回路とを接続する配線が電磁的ノイズの影響を受け易く、その結果、誤作動や測定精度の低下を招く欠点も有していた。
かかる従来の圧力センサ装置としては図４０、図４１に示すように、圧電基板１０１上に、センサ部を構成する素子として、櫛歯状電極より構成される弾性表面波素子１０４及び弾性表面波素子１０７を形成するとともに、弾性表面波素子１０４が形成された領域が、弾性表面波素子１０７が形成された領域よりも厚みを薄く設定された構造のものが知られている（例えば特開昭６１−８２１３０号公報参照。）。
上述した圧力センサ装置は、厚みを薄くした領域に形成されている弾性表面波素子１０４において、圧力を受けたことによって、圧電基板１０１の表面応力が変化し弾性表面波の音速が変化するとともに、弾性表面波素子１０４の電極の間隔も変化する。このことにより、弾性表面波素子１０４の共振周波数が変化し、この共振周波数の変化により圧力を検出することができる。
また、前記圧力センサ装置は、同一の圧電基板上に形成された弾性表面波素子１０７の共振周波数の変化に応じて温度補償する機能も有している。
しかしながら、上述した従来の圧力センサ装置においては、センサ基板１０１上に形成されている弾性表面波素子１０４がセンサ基板１０１の表面に露出した状態で設けられており、これを保護するものが何ら存在していないことから、この圧力センサ装置をセンサ基板１０１に圧力が印加される形で使用する場合、弾性表面波素子１０４は水分等を含んだ空気に晒されることとなり、アルミニウ厶等から成る弾性表面波素子１０４の酸化腐食、変質等が誘発される。このような場合、弾性表面波素子１０４の電気的特性が変化してしまうため、圧力センサ装置として正常に機能させることができなくなるおそれがある。
また上述した従来の圧力センサ装置においては、その使用に際して外気に晒される弾性表面波素子１０４の表面に異物等が付着するおそれもある。その場合、弾性表面波素子１０４の電極指間が異物を介し電気的に短絡する等して正常な共振特性が得られなくなり、これによって圧力センサ装置として正常に機能させることができなくなる。
さらに、上述した従来の圧力センサ装置においては、弾性表面波素子１０４に接続される発振回路がセンサ基板１０１より分離された形で配置されており、そのため、圧力センサ装置の全体構造を小型化することが困難である上に、弾性表面波素子１０４と発振回路とを接続する配線が電磁的ノイズの影響を受け易く、その結果、誤作動や測定精度の低下を招く欠点も有していた。
本発明の目的は、センサ部を外部環境より良好に保護することにより、信頼性を飛躍的に向上させることができる圧力センサ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、センサ部や、センサ部に接続される発振回路を外部環境から保護することにより、信頼性に優れ、かつ小型化に供することができる圧力センサ装置を提供することにある。
本発明の圧力センサ装置は、支持基板と、下面に圧力を検出するセンサ部が形成されたセンサ基板と、前記支持基板の上面及び前記センサ基板の下面に接合され、かつ、前記両基板の間で前記センサ部を封止する封止空間を構成する封止材とを有してなるものである。
この圧力センサ装置によれば、下面にセンサ部を有したセンサ基板を、前記センサ部を囲繞する封止材を介して支持基板上に載置させるとともに、センサ基板、支持基板及び封止材で囲まれる封止空間内に前記センサ部を気密封止するようにしたことから、センサ部を、水分を含んだ外気と遮断して、センサ部の電極等の酸化腐食や変質等による電気的特性の変化を有効に防止することができる。
また本発明の圧力センサ装置によれば、上述した如く、センサ部が外気と遮断されており、センサ部を構成する電極等に異物等が付着することは殆どないことから、常に所望する共振特性が得られるようになり、圧力センサ装置を長期にわたって正常に機能させることができる。
よって、圧力センサ装置の信頼性を飛躍的に向上させることが可能となる。
前記センサ部は、圧力検出用の弾性表面波素子から成るものでる。
さらに本発明の圧力センサ装置は、前記封止空間内に不活性ガスが充填されていることを特徴とするものである。前記封止空間内に不活性ガスを充填しておくことにより、封止空間内に配置されるセンサ部等の酸化腐食がさらに有効に防止されるという利点もある。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板が圧電材料から成り、センサ基板表面にＩＤＴ電極を形成して前記圧力検出用弾性表面波素子を構成したことを特徴とするものである。
さらにまた本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板の下面で、前記封止材の内側に、前記センサ部に電気的に接続される電極パッドが設けられ、前記支持基板の上面で、前記封止材の内側に、前記電極パッドに導電性接合材を介して電気的に接続される接続パッドが設けられていることを特徴とするものである。この構造により、センサ基板と支持基板との接続部についても外部環境より良好に保護することができる利点がある。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記封止材は、導体材料から成り、かつ、支持基板に設けられるグランド端子に電気的に接続されていることを特徴とするものである。この構造により、封止材をシールド材として機能させることができ、これによって封止空間内部のセンサ部を外部からのノイズに影響されにくくし、より安定して動作させることが可能となる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板の上面で、前記センサ部の上方に凹部が形成されていることを特徴とするものである。この構造であれば、圧力を受けたときの、凹部が形成されセンサ基板が肉薄となっている部分の変形が大きくなり、圧力を検出するのに高い感度が得られるようになる。
さらにまた本発明の圧力センサ装置は、前記封止空間内で、前記凹部の形成領域外に位置するセンサ基板下面に、前記圧力検出用弾性表面波素子との間で出力信号を比較するための参照用弾性表面波素子が設けられていることを特徴とするものである。この圧力センサ装置によれば、参照用弾性表面波素子の出力信号を参照しながら、圧力検出用弾性表面波素子の出力信号に基づき、センサ基板に作用する圧力を検出することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第１の発振回路と、前記参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第２の発振回路と、前記第１の発振回路からの発振信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを比較して変換信号を生成し出力する差分生成回路と、前記差分生成回路からの変換信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを変調して外部に出力する変調回路と、を備えてなることを特徴とするものである。この構成によれば、圧力検出用弾性表面波素子及び参照用弾性表面波素子は同一のセンサ基板上に形成されているため、温度依存性は、差分生成回路で、両素子の共振周波数に基づく２つの発振信号の差分をとったときにキャンセルされる。温度補正された圧力変換信号が得られるという利点もある。
また、前記差分生成回路からの変換信号を変調するのに、前記第２の発振回路からの発振信号をキャリア信号として用いることができるので、部品点数を少なくして構成及び組み立て工程を簡素化することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記圧力検出用弾性表面波素子で生じた電気信号の遅延時間に基づいて所定周波数で発振する第１の発振回路と、前記参照用弾性表面波素子で生じた電気信号の遅延時間に基づいて所定周波数で発振する第２の発振回路と、前記第１の発振回路からの発振信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを比較して変換信号を生成し出力する差分生成回路と、前記差分生成回路からの変換信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを変調して外部に出力する変調回路と、を備えてなることを特徴とするものである。この構成によれば、遅延時間の温度依存性は、双方の弾性表面波素子で生じた電気信号の遅延時間に基づいて生成された２つの発振信号の差分をとったときにキャンセルされる。したがって、前記圧力センサ装置と同様、温度補正された圧力変換信号が得られるという利点もある。
また、前記差分生成回路からの変換信号を変調するのに、前記第２の発振回路からの発振信号をキャリア信号として用いることができるので、部品点数を少なくして構成及び組み立て工程を簡素化することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記両素子を間に反射器を介して一列状に配置させるとともに、該反射器をその両側に配される双方の弾性表面波素子の反射器として共用せしめたことを特徴とするものである。この構造であれば、反射器をその両側に配される双方の弾性表面波素子の反射器として共用することにより、双方の弾性表面波素子の全長を短くできるので、圧力センサ装置を、より小型化することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板上で前記両素子の間に、弾性表面波の伝達を遮断もしくは弾性表面波の強度を低減せしめるダンピング材を配置したことを特徴とするものである。この構造であれば、ダンピング材により弾性表面波を効果的に減衰させることができるので、圧電基板の端部などで弾性表面波が反射するのを防止することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板上で前記両素子を、該両素子の弾性表面波の伝搬方向を平行に、かつ、弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に並べて配置させたことを特徴とするものである。この構造では、双方の弾性表面波素子を並列に配置したことから、弾性表面波素子の全長を短くできる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数と前記参照用弾性表面波素子の共振周波数とを異ならせたことを特徴とするものである。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記第１の発振回路、前記第２の発振回路、前記差分生成回路及び前記変調回路を有してＩＣチップが構成され、該ＩＣチップと前記両素子とが同一基板に搭載されていることを特徴とするものである。この構造によれば、前記第１の発振回路、前記第２の発振回路、前記差分生成回路及び前記変調回路を単一のＩＣチップ上に集積させたことから、ＩＣチップとセンサ素子とを共通の支持基板上に搭載することにより、圧力センサ装置をより有効に軽量化し、小型化することができる。
また本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板が圧電材料から成り、前記センサ部が、弾性表面波素子から成り、前記反射器の直下に位置する前記センサ基板の厚みを、前記ＩＤＴ電極の近傍ではＩＤＴ電極の直下領域と略等しくなし、かつ前記ＩＤＴ電極より離れるに従って漸次厚くなしたことを特徴とするものである。前記反射器の直下に位置する圧電基板の厚みを、前記ＩＤＴ電極より離れるに従って漸次厚くなしたことから、圧力の変化に応じてＩＤＴ電極直下の圧電基板がたわみやすくなり、圧力の変化を良好に検出することができる。したがって、小型化が可能であるとともに大きなセンサ感度を得ることができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記ＩＤＴ電極の直下に位置する前記センサ基板の厚みが前記反射器の直下に位置する前記センサ基板の厚みよりも薄いものであってもよい。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記発振回路の一部を有した電子部品素子を前記支持基板に配置させてなることを特徴とするものである。この構造によれば、発振回路の一部を有した電子部品素子も上述の封止空間内に配置されるようになることから、この電子部品素子もセンサ部と同様に外部環境より保護されて電気的特性が良好に維持されるようになる。しかもこの場合、センサ部と電子部品素子とが近接配置されることによって両者を接続する配線部を短くすることができるため、電磁的ノイズの影響を極力排除して、誤動作や測定精度の低下といった不具合の発生についても有効に防止することができる。それと同時に、発振回路の一部を有した電子部品素子も上述の封止空間内に配置することによって、電子部品素子を搭載するためのスペースを封止空間の外側に別途確保する必要がなくなるため、圧力センサ装置の全体構造を小型化することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記電子部品素子が前記支持基板の上面に搭載されていることを特徴とするものである。電子部品素子を支持基板の上面に搭載させておけば、搭載面が外部からの圧力変動によって変形することは殆どなく、極めて安定した状態で実装させておくことができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記封止空間内で支持基板の上面もしくは支持基板の下面に凹部を形成し、該凹部内に、前記発振回路を有した電子部品素子を埋設してなることを特徴とするものである。この構成によれば、電子部品素子を、支持基板の上面に形成された凹部内に埋設する場合は、センサ基板を支持基板上に搭載するにあたり、センサ基板と支持基板との間隔を、電子部品素子の厚みを考慮することなく比較的自由に設定できる。また、電子部品素子を、支持基板の下面に形成された凹部内に埋設する場合は、支持基板を、外部の基板に搭載する場合に、組み立ての作業性を良好になして圧力センサ装置の生産性を高く維持することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板と前記支持基板のうち、一方基板の一端側を、他方基板と離間させた状態で、延出させて延出部を形成し、該延出部に加速度を検出する加速度検出素子を設けたものである。この構成によって、加速度検出素子用の基板を別に用意する必要もなく、加速度が検出でき、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
前記延出部が前記センサ基板に形成されていれば、センサ基板のほうが支持基板よりも撓みやすいので、加速度の検出感度を向上させることができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記変換信号を変調回路で変調した信号を外部に発信する発信回路と、前記加速度検出素子からの加速度検出信号に基づいて所定の電気信号を出力する加速度検出回路と、前記発信回路に電力を供給する給電手段と、前記給電手段から前記発信回路への電力供給を制御する給電制御回路とを含み、前記給電制御回路は、前記加速度がしきい値を超えたかどうかに基づいて、給電手段からの電力供給を制御することを特徴とするものである。この構成により、圧力センサ装置を移動体に設置する場合、運行時など加速度を感知しているときにのみ圧力検出を可能にすることができる。したがって、電力増幅器の無駄な消費電力を抑えることができるようになる。
前記加速度検出素子が弾性表面波素子により形成されているものであれば、圧力検出部と加速度検出素子とを同一の製造プロセスで双方同時に形成できるので、製造工程を短縮することができ、生産性の向上が可能となる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、支持基板上面及び／またはセンサ基板下面に、前記電子部品素子に電気的に接続されるアンテナ素子が搭載されていることを特徴とするものである。この構成であれば、電子部品素子とセンサ部とで構成される発信回路より出力される発信信号を他の受信機器に無線伝送することができ、受信機器は、圧力センサ装置より離れた場所においても圧力情報を得ることができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナ素子が、前記封止空間の外側に搭載されていることを特徴とするものである。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、支持基板上面及び／またはセンサ基板下面に、前記電子部品素子に電気的に接続されるアンテナパターンが被着されていることを特徴とするものである。上述した圧力センサ装置の支持基板上面及び／またはセンサ基板下面に、電子部品素子に電気的に接続されるアンテナパターンを被着させておけば、圧力センサ装置の厚みを薄くすることができるとともに、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及びコストダウンに供することが可能となる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナパターンが前記封止空間の外側に搭載されていることを特徴とするものである。これにより、前記発信回路より出力される電気信号を殆ど減衰させることなく無線で伝送することができる利点もある。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、センサ基板上面に、前記電子部品素子に電気的に接続されるアンテナパターンが被着されていることを特徴とするものである。これにより、発信回路とアンテナパターンとが近接配置される構造となり、両者を接続する配線部を短くすることができる、その結果、配線部による伝送損失の影響が小さくなり、電気信号を殆ど減衰させることなく伝送することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナパターンが、前記圧力検出用弾性表面波素子の直上領域を除く領域に形成されていることを特徴とするものである。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナパターンが蛇行状であることを特徴とするものである。これにより、アンテナパターンの実効長を長くとれ、アンテナの利得を上げることができる。
本発明の他の目的は、センサ部や、センサ部に接続される発振回路を外部環境から保護することにより、信頼性に優れ、かつ小型化に供することができる圧力センサ装置を提供することにある。
本発明の圧力センサ装置は、支持基板と、下面に圧力を検出するセンサ部が形成されたセンサ基板と、前記支持基板の上面及び前記センサ基板の下面に接合され、かつ、前記両基板の間で前記センサ部を封止する封止空間を構成する封止材とを有してなるものである。
この圧力センサ装置によれば、下面にセンサ部を有したセンサ基板を、前記センサ部を囲繞する封止材を介して支持基板上に載置させるとともに、センサ基板、支持基板及び封止材で囲まれる封止空間内に前記センサ部を気密封止するようにしたことから、センサ部を、水分を含んだ外気と遮断して、センサ部の電極等の酸化腐食や変質等による電気的特性の変化を有効に防止することができる。
また本発明の圧力センサ装置によれば、上述した如く、センサ部が外気と遮断されており、センサ部を構成する電極等に異物等が付着することは殆どないことから、常に所望する共振特性が得られるようになり、圧力センサ装置を長期にわたって正常に機能させることができる。
よって、圧力センサ装置の信頼性を飛躍的に向上させることが可能となる。
前記センサ部は、圧力検出用の弾性表面波素子から成るものでる。
さらに本発明の圧力センサ装置は、前記封止空間内に不活性ガスが充填されていることを特徴とするものである。前記封止空間内に不活性ガスを充填しておくことにより、封止空間内に配置されるセンサ部等の酸化腐食がさらに有効に防止されるという利点もある。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板が圧電材料から成り、センサ基板表面にＩＤＴ電極を形成して前記圧力検出用弾性表面波素子を構成したことを特徴とするものである。
さらにまた本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板の下面で、前記封止材の内側に、前記センサ部に電気的に接続される電極パッドが設けられ、前記支持基板の上面で、前記封止材の内側に、前記電極パッドに導電性接合材を介して電気的に接続される接続パッドが設けられていることを特徴とするものである。この構造により、センサ基板と支持基板との接続部についても外部環境より良好に保護することができる利点がある。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記封止材は、導体材料から成り、かつ、支持基板に設けられるグランド端子に電気的に接続されていることを特徴とするものである。この構造により、封止材をシールド材として機能させることができ、これによって封止空間内部のセンサ部を外部からのノイズに影響されにくくし、より安定して動作させることが可能となる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板の上面で、前記センサ部の上方に凹部が形成されていることを特徴とするものである。この構造であれば、圧力を受けたときの、凹部が形成されセンサ基板が肉薄となっている部分の変形が大きくなり、圧力を検出するのに高い感度が得られるようになる。
さらにまた本発明の圧力センサ装置は、前記封止空間内で、前記凹部の形成領域外に位置するセンサ基板下面に、前記圧力検出用弾性表面波素子との間で出力信号を比較するための参照用弾性表面波素子が設けられていることを特徴とするものである。この圧力センサ装置によれば、参照用弾性表面波素子の出力信号を参照しながら、圧力検出用弾性表面波素子の出力信号に基づき、センサ基板に作用する圧力を検出することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第１の発振回路と、前記参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第２の発振回路と、前記第１の発振回路からの発振信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを比較して変換信号を生成し出力する差分生成回路と、前記差分生成回路からの変換信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを変調して外部に出力する変調回路と、を備えてなることを特徴とするものである。この構成によれば、圧力検出用弾性表面波素子及び参照用弾性表面波素子は同一のセンサ基板上に形成されているため、温度依存性は、差分生成回路で、両素子の共振周波数に基づく２つの発振信号の差分をとったときにキャンセルされる。温度補正された圧力変換信号が得られるという利点もある。
また、前記差分生成回路からの変換信号を変調するのに、前記第２の発振回路からの発振信号をキャリア信号として用いることができるので、部品点数を少なくして構成及び組み立て工程を簡素化することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記圧力検出用弾性表面波素子で生じた電気信号の遅延時間に基づいて所定周波数で発振する第１の発振回路と、前記参照用弾性表面波素子で生じた電気信号の遅延時間に基づいて所定周波数で発振する第２の発振回路と、前記第１の発振回路からの発振信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを比較して変換信号を生成し出力する差分生成回路と、前記差分生成回路からの変換信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを変調して外部に出力する変調回路と、を備えてなることを特徴とするものである。この構成によれば、遅延時間の温度依存性は、双方の弾性表面波素子で生じた電気信号の遅延時間に基づいて生成された２つの発振信号の差分をとったときにキャンセルされる。したがって、前記圧力センサ装置と同様、温度補正された圧力変換信号が得られるという利点もある。
また、前記差分生成回路からの変換信号を変調するのに、前記第２の発振回路からの発振信号をキャリア信号として用いることができるので、部品点数を少なくして構成及び組み立て工程を簡素化することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記両素子を間に反射器を介して一列状に配置させるとともに、該反射器をその両側に配される双方の弾性表面波素子の反射器として共用せしめたことを特徴とするものである。この構造であれば、反射器をその両側に配される双方の弾性表面波素子の反射器として共用することにより、双方の弾性表面波素子の全長を短くできるので、圧力センサ装置を、より小型化することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板上で前記両素子の間に、弾性表面波の伝達を遮断もしくは弾性表面波の強度を低減せしめるダンピング材を配置したことを特徴とするものである。この構造であれば、ダンピング材により弾性表面波を効果的に減衰させることができるので、圧電基板の端部などで弾性表面波が反射するのを防止することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板上で前記両素子を、該両素子の弾性表面波の伝搬方向を平行に、かつ、弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に並べて配置させたことを特徴とするものである。この構造では、双方の弾性表面波素子を並列に配置したことから、弾性表面波素子の全長を短くできる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数と前記参照用弾性表面波素子の共振周波数とを異ならせたことを特徴とするものである。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記第１の発振回路、前記第２の発振回路、前記差分生成回路及び前記変調回路を有してＩＣチップが構成され、該ＩＣチップと前記両素子とが同一基板に搭載されていることを特徴とするものである。この構造によれば、前記第１の発振回路、前記第２の発振回路、前記差分生成回路及び前記変調回路を単一のＩＣチップ上に集積させたことから、ＩＣチップとセンサ素子とを共通の支持基板上に搭載することにより、圧力センサ装置をより有効に軽量化し、小型化することができる。
また本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板が圧電材料から成り、前記センサ部が、弾性表面波素子から成り、前記反射器の直下に位置する前記センサ基板の厚みを、前記ＩＤＴ電極の近傍ではＩＤＴ電極の直下領域と略等しくなし、かつ前記ＩＤＴ電極より離れるに従って漸次厚くなしたことを特徴とするものである。前記反射器の直下に位置する圧電基板の厚みを、前記ＩＤＴ電極より離れるに従って漸次厚くなしたことから、圧力の変化に応じてＩＤＴ電極直下の圧電基板がたわみやすくなり、圧力の変化を良好に検出することができる。したがって、小型化が可能であるとともに大きなセンサ感度を得ることができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記ＩＤＴ電極の直下に位置する前記センサ基板の厚みが前記反射器の直下に位置する前記センサ基板の厚みよりも薄いものであってもよい。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記発振回路の一部を有した電子部品素子を前記支持基板に配置させてなることを特徴とするものである。この構造によれば、発振回路の一部を有した電子部品素子も上述の封止空間内に配置されるようになることから、この電子部品素子もセンサ部と同様に外部環境より保護されて電気的特性が良好に維持されるようになる。しかもこの場合、センサ部と電子部品素子とが近接配置されることによって両者を接続する配線部を短くすることができるため、電磁的ノイズの影響を極力排除して、誤動作や測定精度の低下といった不具合の発生についても有効に防止することができる。それと同時に、発振回路の一部を有した電子部品素子も上述の封止空間内に配置することによって、電子部品素子を搭載するためのスペースを封止空間の外側に別途確保する必要がなくなるため、圧力センサ装置の全体構造を小型化することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記電子部品素子が前記支持基板の上面に搭載されていることを特徴とするものである。電子部品素子を支持基板の上面に搭載させておけば、搭載面が外部からの圧力変動によって変形することは殆どなく、極めて安定した状態で実装させておくことができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記封止空間内で支持基板の上面もしくは支持基板の下面に凹部を形成し、該凹部内に、前記発振回路を有した電子部品素子を埋設してなることを特徴とするものである。この構成によれば、電子部品素子を、支持基板の上面に形成された凹部内に埋設する場合は、センサ基板を支持基板上に搭載するにあたり、センサ基板と支持基板との間隔を、電子部品素子の厚みを考慮することなく比較的自由に設定できる。また、電子部品素子を、支持基板の下面に形成された凹部内に埋設する場合は、支持基板を、外部の基板に搭載する場合に、組み立ての作業性を良好になして圧力センサ装置の生産性を高く維持することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記センサ基板と前記支持基板のうち、一方基板の一端側を、他方基板と離間させた状態で、延出させて延出部を形成し、該延出部に加速度を検出する加速度検出素子を設けたものである。この構成によって、加速度検出素子用の基板を別に用意する必要もなく、加速度が検出でき、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
前記延出部が前記センサ基板に形成されていれば、センサ基板のほうが支持基板よりも撓みやすいので、加速度の検出感度を向上させることができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記変換信号を変調回路で変調した信号を外部に発信する発信回路と、前記加速度検出素子からの加速度検出信号に基づいて所定の電気信号を出力する加速度検出回路と、前記発信回路に電力を供給する給電手段と、前記給電手段から前記発信回路への電力供給を制御する給電制御回路とを含み、前記給電制御回路は、前記加速度がしきい値を超えたかどうかに基づいて、給電手段からの電力供給を制御することを特徴とするものである。この構成により、圧力センサ装置を移動体に設置する場合、運行時など加速度を感知しているときにのみ圧力検出を可能にすることができる。したがって、電力増幅器の無駄な消費電力を抑えることができるようになる。
前記加速度検出素子が弾性表面波素子により形成されているものであれば、圧力検出部と加速度検出素子とを同一の製造プロセスで双方同時に形成できるので、製造工程を短縮することができ、生産性の向上が可能となる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、支持基板上面及び／またはセンサ基板下面に、前記電子部品素子に電気的に接続されるアンテナ素子が搭載されていることを特徴とするものである。この構成であれば、電子部品素子とセンサ部とで構成される発信回路より出力される発信信号を他の受信機器に無線伝送することができ、受信機器は、圧力センサ装置より離れた場所においても圧力情報を得ることができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナ素子が、前記封止空間の外側に搭載されていることを特徴とするものである。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、支持基板上面及び／またはセンサ基板下面に、前記電子部品素子に電気的に接続されるアンテナパターンが被着されていることを特徴とするものである。上述した圧力センサ装置の支持基板上面及び／またはセンサ基板下面に、電子部品素子に電気的に接続されるアンテナパターンを被着させておけば、圧力センサ装置の厚みを薄くすることができるとともに、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及びコストダウンに供することが可能となる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナパターンが前記封止空間の外側に搭載されていることを特徴とするものである。これにより、前記発信回路より出力される電気信号を殆ど減衰させることなく無線で伝送することができる利点もある。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、センサ基板上面に、前記電子部品素子に電気的に接続されるアンテナパターンが被着されていることを特徴とするものである。これにより、発信回路とアンテナパターンとが近接配置される構造となり、両者を接続する配線部を短くすることができる、その結果、配線部による伝送損失の影響が小さくなり、電気信号を殆ど減衰させることなく伝送することができる。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナパターンが、前記圧力検出用弾性表面波素子の直上領域を除く領域に形成されていることを特徴とするものである。
またさらに本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナパターンが蛇行状であることを特徴とするものである。これにより、アンテナパターンの実効長を長くとれ、アンテナの利得を上げることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図である。
図２は、同圧力センサ装置に用いられる、弾性表面波素子を搭載したセンサ基板の斜視図である。
図３は、支持基板６の下面に電子部品を搭載した圧力センサ装置の断面図である。
図４は、本発明の第１の実施形態にかかる圧力センサ装置の回路構成を示すブロック図である。
図５は、弾性表面波遅延線型の弾性表面波素子を搭載した圧力センサ装置の断面図である。
図６は、弾性表面波遅延線型の弾性表面波素子を搭載したセンサ基板の斜視図である。
図７は、支持基板６の下面に電子部品を搭載した圧力センサ装置の断面図である。
図８は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板の他の構成例を示す斜視図である。
図９は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１０は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１１は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１２は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１３は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１４は、圧力検出用弾性表面波素子及び参照用弾性表面波素子の共振特性の一例を示すグラフである。
図１５は、センサ基板１として水晶基板を用いた場合の、弾性表面波素子の周波数温度特性を示すグラフである。
図１６（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ装置のセンサ基板を示す平面図である。
図１６（ｂ）は、同センサ基板を示す断面図である。
図１６（ｃ）は、他の構造のセンサ基板を示す断面図である。
図１７（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ装置を基板に実装した状態を示す平面図、
図１７（ｂ）は、同圧力センサ装置を基板に実装した状態を示す断面図、
図１７（ｃ）は、同圧力センサ装置に用いられるセンサ基板の弾性表面波素子搭載面を示す平面図、
図１７（ｄ）は、同圧力センサ装置を実装する支持基板の平面図である。
図１８は、同圧力センサ装置の圧力測定系を示す図である。
図１９は、図１６（ｂ）のタイプの圧力センサ装置に用いられる弾性表面波素子の共振特性を測定した結果を示すグラフである。
図２０は、図１６（ｃ）のタイプの圧力センサ装置に用いられる弾性表面波素子の共振特性を測定した結果を示すグラフである。
図２１は、本発明の第３の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図である。
図２２は、同圧力センサ装置に用いられるセンサ基板１の下面を示す平面図である。
図２３は、同圧力センサ装置に用いられる支持基板６の上面を示す平面図である。
図２４は、同圧力センサ装置の発振回路及び差分生成回路の電気的構成例を示す回路図である。
図２５は、弾性表面波素子のＩＤＴ電極の電極指間隔を説明するための模式図である。
図２６は、アンテナ素子が付加された圧力センサ装置を示す断面図である。
図２７は、弾性表面波遅延線型の弾性表面波素子を搭載したセンサ基板１の下面を示す平面図である。
図２８は、ミアンダ状の導体パターンによって構成されるアンテナパターンを支持基板に形成した圧力センサ装置を示す斜視図である。
図２９は、電子部品素子を支持基板の凹部に設置した圧力センサ装置を示す断面図である。
図３０は、加速度センサ付き圧力センサ装置の断面図である。
図３１は、弾性表面波共振子の構造を有する加速度検出素子を搭載したセンサ基板１の下面を示す平面図である。
図３２は、同加速度センサ付き圧力センサ装置の支持基板６の上面を示す平面図である。
図３３は、同加速度センサ付き圧力センサ装置の回路構成を示すブロック図である。
図３４は、加速度検出回路及び給電制御回路の具体的回路構成を示す回路図である。
図３５は、他の構成の加速度センサ付き圧力センサ装置の断面図である。
図３６は、センサ基板１の上面を示す平面図である。
図３７は、センサ基板１の下面を示す平面図である。
図３８は、アンテナパターンを有する圧力センサ装置の断面図である。
図３９は、同圧力センサ装置に用いられるセンサ基板の上面を示す平面図である。
図４０は、従来の圧力センサ装置の外観斜視図である。
図４１は、従来の圧力センサ装置の断面図である。
図２は、同圧力センサ装置に用いられる、弾性表面波素子を搭載したセンサ基板の斜視図である。
図３は、支持基板６の下面に電子部品を搭載した圧力センサ装置の断面図である。
図４は、本発明の第１の実施形態にかかる圧力センサ装置の回路構成を示すブロック図である。
図５は、弾性表面波遅延線型の弾性表面波素子を搭載した圧力センサ装置の断面図である。
図６は、弾性表面波遅延線型の弾性表面波素子を搭載したセンサ基板の斜視図である。
図７は、支持基板６の下面に電子部品を搭載した圧力センサ装置の断面図である。
図８は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板の他の構成例を示す斜視図である。
図９は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１０は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１１は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１２は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１３は、圧力センサ装置に用いられるセンサ基板のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１４は、圧力検出用弾性表面波素子及び参照用弾性表面波素子の共振特性の一例を示すグラフである。
図１５は、センサ基板１として水晶基板を用いた場合の、弾性表面波素子の周波数温度特性を示すグラフである。
図１６（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ装置のセンサ基板を示す平面図である。
図１６（ｂ）は、同センサ基板を示す断面図である。
図１６（ｃ）は、他の構造のセンサ基板を示す断面図である。
図１７（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ装置を基板に実装した状態を示す平面図、
図１７（ｂ）は、同圧力センサ装置を基板に実装した状態を示す断面図、
図１７（ｃ）は、同圧力センサ装置に用いられるセンサ基板の弾性表面波素子搭載面を示す平面図、
図１７（ｄ）は、同圧力センサ装置を実装する支持基板の平面図である。
図１８は、同圧力センサ装置の圧力測定系を示す図である。
図１９は、図１６（ｂ）のタイプの圧力センサ装置に用いられる弾性表面波素子の共振特性を測定した結果を示すグラフである。
図２０は、図１６（ｃ）のタイプの圧力センサ装置に用いられる弾性表面波素子の共振特性を測定した結果を示すグラフである。
図２１は、本発明の第３の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図である。
図２２は、同圧力センサ装置に用いられるセンサ基板１の下面を示す平面図である。
図２３は、同圧力センサ装置に用いられる支持基板６の上面を示す平面図である。
図２４は、同圧力センサ装置の発振回路及び差分生成回路の電気的構成例を示す回路図である。
図２５は、弾性表面波素子のＩＤＴ電極の電極指間隔を説明するための模式図である。
図２６は、アンテナ素子が付加された圧力センサ装置を示す断面図である。
図２７は、弾性表面波遅延線型の弾性表面波素子を搭載したセンサ基板１の下面を示す平面図である。
図２８は、ミアンダ状の導体パターンによって構成されるアンテナパターンを支持基板に形成した圧力センサ装置を示す斜視図である。
図２９は、電子部品素子を支持基板の凹部に設置した圧力センサ装置を示す断面図である。
図３０は、加速度センサ付き圧力センサ装置の断面図である。
図３１は、弾性表面波共振子の構造を有する加速度検出素子を搭載したセンサ基板１の下面を示す平面図である。
図３２は、同加速度センサ付き圧力センサ装置の支持基板６の上面を示す平面図である。
図３３は、同加速度センサ付き圧力センサ装置の回路構成を示すブロック図である。
図３４は、加速度検出回路及び給電制御回路の具体的回路構成を示す回路図である。
図３５は、他の構成の加速度センサ付き圧力センサ装置の断面図である。
図３６は、センサ基板１の上面を示す平面図である。
図３７は、センサ基板１の下面を示す平面図である。
図３８は、アンテナパターンを有する圧力センサ装置の断面図である。
図３９は、同圧力センサ装置に用いられるセンサ基板の上面を示す平面図である。
図４０は、従来の圧力センサ装置の外観斜視図である。
図４１は、従来の圧力センサ装置の断面図である。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
−第１の実施形態−
図１は本発明の一実施形態に係る圧力センサ装置の断面図、図２は圧力センサ装置を構成する圧電基板１の下面に形成された弾性表面波素子２，３を示す斜視図である。
圧力センサ装置は、参照用弾性表面波素子３及び圧力検出用弾性表面波素子２を搭載したセンサ基板１、封止材４、並びに支持基板６で主構成されている。
前記参照用弾性表面波素子３及び圧力検出用弾性表面波素子２によってセンサ部１１を構成する。
前記センサ基板１は、その上面に凹部５を有しており、センサ基板１の下面には、凹部５の直下領域（以下、肉薄部という）に圧力検出用弾性表面波素子２が設けられ、肉薄部の以外の部分（以下、肉厚部という）に参照用弾性表面波素子３が設けられている。
センサ基板１は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの、圧電性を示す単結晶（以下、「圧電結晶」と称する。）から成る。センサ基板１の主面は、圧電結晶のインゴットを所定のカット角にて切断して形成している。
圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３は、所定の周波数で共振する弾性表面波（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ）型の共振子である。
圧力検出用弾性表面波素子２は、センサ基板１の表面に形成されたインターディジタルトランスデューサ（「ＩＤＴ」と略記する。）電極２ａと、ＩＤＴ２ａの弾性表面波の伝搬方向の両側に形成した反射器２ｂとから成る。ＩＤＴ２ａ及び反射器２ｂは、アルミニウ厶や金等の金属材料をスパッタや蒸着等の成膜工法によりセンサ基板１の表面に被着し、フォトリソグラフィー等の技術を使用して、２０００Å程度の厚みにてパターン形成することにより形成される。
参照用弾性表面波素子３も、圧力検出用弾性表面波素子２と同様に、センサ基板１の表面に形成されたＩＤＴ６ａと、ＩＤＴ６ａの弾性表面波の伝搬方向の両側に形成した反射器６ｂとから成る。その製造方法は、前記圧力検出用弾性表面波素子２の製法と同様である。
接合部８は、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３を取り囲むようにして、センサ基板１の表面に環状に形成されている。接合部８は、ＩＤＴ２ａ，６ａ及び反射器２ｂ，６ｂと同じ材料・工法により形成可能である。その表面にはＮｉメッキやＡｕメッキ等が施される。接合部８は、密着強度の向上のため膜厚を厚く形成しておくことが好ましい。
なお、図２に示される”７”は、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３にそれぞれ励振用の電源を供給するための電極パッドである。この電極パッド７の形成方法も、圧力検出用弾性表面波素子２、参照用弾性表面波素子３、接合部８と同じ材料・工法により形成可能である。
一方、支持基板６は、十分な強度を有し、外部からの圧力を受けても変形しにくいといった機械的特性が求められるので、例えば、ガラス−セラミックなどのセラミック材料を用いた多層回路基板等が好適に用いられる。
支持基板６は、例えば、配線パターンやビアホール導体となる導体ペーストが所定パターンを形成するように印刷・塗布されたグリーンシートを複数枚、積層・圧着させた上、これらを一体焼成することによって製作される。
支持基板６の上面には、センサ基板１の下面に形成された電極パッド７に、半田などの導電性接合材を介して電気的に接続される接続パッド（図示せず）と、センサ基板１の下面に形成された接合部８と対向する部位に形成されている。
センサ基板１の電極パッド７と支持基板６の接続パッドを接続する導電性接合材としては、例えば、半田や導電性樹脂等が用いられる。
外部からの圧力による肉薄部の変形を妨げないためには、センサ基板１下面の電極パッド７と支持基板６の上面の接続パッドとの接続は肉厚部で行うことが望ましい。もし、センサ基板下面の電極パッド７と支持基板６の上面の接続パッドとの接続を肉薄部で行う際は、この接続に使用する導電性接合材としては、変形が容易な導電性樹脂などを用いるのが望ましい。
また支持基板６の上面には、接合部８に封止材４を介して接合される接合部９が設けられている。
さらに、支持基板６とセンサ基板１との間に、先述した参照用弾性表面波素子３、圧力検出用弾性表面波素子２及び電極パッド７を包囲するようにして、封止材４が介在されている。この封止材４はスペーサとしての役目を果たす。
封止材４は、樹脂を用いてもよく、導電性材料を用いても良い。
封止材４として樹脂を用いる場合は、エポキシ樹脂等の封止性に優れた樹脂材料を用いるとよい。この場合、センサ基板１の下面や支持基板６の上面に接合部８，９等を設ける必要は必ずしもない。また、封止材４を樹脂材料によって形成する場合、その中に金属微粒子等の導電性フィラーを所定量添加して封止材４に導電性を付与した上、これを支持基板下面のグランド端子に電気的に接続させておくようにすれば、下に述べる実施形態と同様に、封止材４をシールド材として機能させることができ、封止空間内のセンサ部２を構成する弾性表面波素子を外部からのノイズに影響されにくくし、安定して動作させることが可能となる。
封止材４として導電性材料を用いる場合は、ハンダ若しくは高融点のロウ材であるＡｕＳｎなどを利用すればよい。特に、圧力センサ装置をマザーボード等に搭載する工程において、熱が印加された場合においても、接合部８が再溶融して特性が変化しないように、高融点のロウ材であるＡｕＳｎを用いるとよい。なお、ＡｕＳｎの他にはＡｕＳｉやＳｎＡｇＣｕ等を用いても同様の効果が得られるので、これらを採用してもかまわない
この封止材４を、参照用弾性表面波素子３、圧力検出用弾性表面波素子２を包囲するように枠体状に形成しておけば、その内側、具体的には、センサ基板１と支持基板６と封止材４とで囲まれる領域（封止空間Ｓという）内で、参照用弾性表面波素子３、圧力検出用弾性表面波素子２等を気密封止することができる。これによって封止空間Ｓ内に配置されるＩＤＴ電極等の酸化腐食等を有効に防止することができる。
さらに、封止材４を支持基板６のグランド端子に接続させておけば、圧力センサ装置の使用時、封止材４はグランド電位に保持されることとなるため、電磁的遮蔽性を高める効果を奏する。このシールド効果により、外部からの不要なノイズを、封止材４でもって良好に低減することができる。
さらに、封止材４に導体材料を用いることにより、シールド効果と併せて、支持基板６とセンサ基板１との間の熱伝導を良好なものとすることができるため、センサ基板１の温度の異常な上昇を低下させることができる。
また、センサ基板１と支持基板６と封止材４とで囲まれる空間Ｓ内には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを充填しておくことがより好ましい。これによって、ＩＤＴ電極等の酸化腐食をより効果的に防止することが可能となる。
ここで、圧力が印加されない状態において圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数が同じとなるように設計されている。
センサ基板１の肉薄部下面に形成された圧力検出用弾性表面波素子２は、外部からの圧力を受けると変形し、歪みが生じた部分の弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、圧力検出用弾性表面波素子２のＩＤＴの電極指の間隔も変化し、両者の作用によって共振周波数が変化する。よって、弾性表面波素子７ａの共振周波数の変化によって圧力の変化を検出することができる。
一般的に弾性表面波素子は所定の温度特性を有しており、その共振周波数は、温度変化によってドリフトする。
よって、温度変化によるドリフトの影響を取り除く必要があり、そのために参照用弾性表面波素子３が使用される。すなわち、参照用弾性表面波素子３が形成された部分は、厚みが厚いので外部からの圧力を受けても上述したような変形は起こりにくい。このため、その共振周波数は温度の変化のみに応じて変化することとなり、これを利用して圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数の変化データを補正し、温度変化による影響をほぼ取り除くことができる。
ここで、もし、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とが、別々の圧電基板に形成されているとすれば、両基板の温度の相違を考慮して共振周波数変化分を算出し、それを用いて温度変化による影響を取り除かなければならない。
これに対して、本実施形態の圧力センサ装置においては、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを同一のセンサ基板１に形成することにより、参照用弾性表面波素子３と圧力検出用弾性表面波素子２の「温度対共振周波数特性」を一致させている。従って、温度変化による両弾性表面波素子の共振周波数の変化量が等しくなり、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数と参照用弾性表面波素子３の共振周波数との差をとるたけで、温度変化による影響を殆ど取り除くことができる。このように、非常に簡便な構成及び方法で温度補償を実現することができる。
温度補償を実現するためには、例えば圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数に対応した周波数で発振する発振回路を構成する。これによって、圧力検出用弾性表面波素子２の圧力の変化を発振周波数の変化として検出することができる。また、参照用弾性表面波素子３も同様に、参照用弾性表面波素子３の共振周波数に対応した周波数で発振する他の発振回路に接続する。そして、これらの発振回路の両周波数の差に相当する周波数の信号を出力することによって、容易に温度変化による影響を殆ど取り除くことができる。
このような発振回路はＩＣチップ等の形態で、上述した支持基板６の上面、下面又は支持基板６の内部に搭載するようにしても良いし、支持基板６の外部に配置されるマザーボード上に搭載してもよい。
図３は、発振回路等を、支持基板６の下面に搭載した例を示す、圧力センサ装置の断面図である。
支持基板６の下面には、端子電極（図示せず）が設けられているとともに、後述する第１の発振回路、第２の発振回路、差分生成回路及び変調回路を集積したＩＣチップ１２が搭載され、さらに電力増幅器１５及びアンテナ１３が搭載され、さらに、これらを覆うように樹脂１４がモールド形成されている。
このように、第１の発振回路、第２の発振回路、差分生成回路及び変調回路を単一のＩＣチップ１２上に集積することにより、ＩＣチップ１２とセンサ基板１とを共通の支持基板６上に搭載することができる。このことによって、圧力センサ装置を軽量化し、小型化することができる。
次に、上述した圧力センサ装置の回路構成について図４を用いて説明する。
圧力検出用弾性表面波素子２は、その共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第１の発振回路６０ａと接続しており、かかる第１の発振回路６０ａからの発振信号を差分生成回路６０ｃに出力する。
また、参照用弾性表面波素子３は、その共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第２の発振回路６０ｂと接続しており、上述した圧力検出用弾性表面波素子２と同様に、第２の発振回路６０ｂからの発振信号を差分生成回路６０ｃに出力する。
差分生成回路６０ｃは、参照用弾性表面波素子３の共振周波数に基づく出力信号を、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数に基づく出力信号と比較するための混合素子（ミキサー）を含む。この差分生成回路６０ｃによって、双方の弾性表面波素子の共振周波数に基づく２つの発振信号の差分をとることによって変換信号を生成することにより、センサ基板１の上方より印加される外部からの圧力変動を検出するようになっている。
またこのとき、上述したように、圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３は同一のセンサ基板１上に形成されているので、共振周波数の温度依存性は、双方の弾性表面波素子の共振周波数に基づく２つの発振信号の差分をとったときにキャンセルされる。これによって容易に温度変化による影響を殆ど取り除くことができ、正味の圧力変化を検出することができる。
そして、差分生成回路６０ｃで生成された変換信号は、上述した第２の発振回路６０ｂからの発振信号を基準信号として変調回路によって変調され、得られた圧力変動データが、電力増幅回路により増幅されてアンテナを介して外部へ送信・出力されるようになっている。
このように、参照用弾性表面波素子３の共振周波数に基づく発振信号を、前記変換信号を変調するときの基準信号として用いたことから、基準信号を発生する発振回路を別に用意する必要がない。したがって、部品点数を少なくして構成及び組み立て工程を簡素化することができる。これにより、圧力センサ装置の生産性を高く維持することができるとともに、圧力センサ装置の軽量化及び小型化を図ることができる。
なお、前記図４の回路構成では、変換信号を取り出すには差分生成回路６０ｃを用いているが、第１の発振回路６０ａと第２の発振回路６０ｂと差分生成回路６０ｃとを、１つの差動型の発振回路で構成してもよい。
以下、本実施形態の圧力センサ装置の利点を述べる。
本実施形態の圧力センサ装置は、圧力検出用弾性表面波素子２を設けたセンサ基板１の厚みを、参照用弾性表面波素子３を形成した部分の厚みに比して全体的に薄くなしたことから、圧力を受けたときのセンサ基板１の変形量が大きくなり、圧力センサ装置として高い感度が得られることとなる。
さらに、本実施形態の圧力センサ装置においては、参照用弾性表面波素子３と圧力検出用弾性表面波素子２の温度特性を一致させることが可能となり、非常に簡便な構成及び方法で温度補償を実現することができる。
またさらに、参照用弾性表面波素子３及び圧力検出用弾性表面波素子２は、センサ基板１、支持基板６及び封止材４によって封止された空間Ｓの中に配置されることとなり、両素子及び両素子の電気的な接続部を外部環境より良好に保護することができ、圧力センサ装置の信頼性を飛躍的に向上させることができる。
なお、図１〜図３の実施形態において、圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域全域が肉薄部に位置するようにしたが、これに代えて、圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域の一部、例えば、ＩＤＴ電極２ａのみが肉薄部に位置するようにしたり、或いは、ＩＤＴ電極２ａと、反射器２ｂの一部とが、肉薄部に位置するようにしても構わない。
次に、上述した支持基板６とセンサ基板１とを接続する方法について説明する。
先ず、上面に接続パッド、接合部９を有する第１ウェハと、下面に圧力検出用弾性表面波素子２、参照用弾性表面波素子３、接合部８及び電極パッド７を有する第２ウェハとを準備する。ここで用いる第１ウェハは支持基板６の集合基板であり、第２ウェハはセンサ基板１の集合基板である。第２ウェハの厚みは２００〜３００μｍに設定される。第２ウェハには、個々の圧力センサ装置が形成されるセンサ基板１ごとに肉薄部を形成する。
この肉薄部の形成方法は、次の通りである。第２ウェハを、圧力検出用弾性表面波素子２等の電極形成面を下にして、ダイシングテープに貼り付け、この状態でエッチングまたは、サンドブラスト法により、圧力検出用弾性表面波素子２の直下に位置するセンサ基板１の厚みが他の領域よりも薄くなるように加工を行う。
次に、第１ウェハの接続パッドと第２ウェハの電極パッド７、及び第１ウェハの接合部９と第２ウェハの接合部８とを、それぞれ半田ペーストを介して仮接続する。本実施形態では、半田ペーストには、ＡｕＳｎ粉末を有機ビヒクル中に分散させたものを用いた。また、半田ペーストは、接続パッドや接合部９上に、従来周知のスクリーン印刷法等により塗布・形成する。
次に、第２ウェハの各電極パッド７及び接合部８を、第１ウェハの対応する各接続パッド及び接合部９と対向させる。
次に、第１ウェハ及び第２ウェハを加熱して半田ペーストを溶融させる。
このようにして、参照用弾性表面波素子３及び圧力検出用弾性表面波素子２が封止材４で囲繞されるとともに、第１ウェハの電極パッドが電極パッド７に電気的に接続される。
次に、ダイシングにより、第２ウェハのみを切断して、第２ウェハを複数個のセンサ基板１に分割させた後、隣接する圧電基板間の間隙を埋めるように、液状の樹脂を塗布し、熱硬化させる。なお、本実施形態においては、液状樹脂を塗布した際、間隙を効果的に埋める必要があるので、真空印刷を用いると良い。
そして、第１ウェハを、上述した樹脂とともにダイシング等により切断する。このようにして、支持基板６ごとに分割された、圧力センサ装置が製作されることとなる。前記樹脂は、厚みの薄いセンサ基板１の端面部を保護する保護材として機能する。
かくして構成した圧力センサ装置は、例えば、前述したような発信回路６０と接続し、これに差分生成回路、電力増幅器、電源及びアンテナを組み合わせることによって、自動車のタイヤに取り付けられてタイヤの空気圧の変化に応じて無線信号を送信出力するタイヤ状態監視装置（ＴＰＭＳ）として用いることができる。
次に、弾性表面波素子として、弾性表面波遅延線を用いた圧力センサ装置について図５、図６を用いて説明する。なお、本実施形態においては先に述べた図１及び図２の実施形態と異なる点についてのみ説明し、同様の構成要素については同一の参照符を用いて重複する説明を省略するものとする。
図５は、本実施形態の圧力センサ装置の断面図、図６は当該圧力センサ装置に用いるセンサ基板１を示す外観斜視図である。
本実施形態の圧力センサ装置が先に述べた図１、図２の圧力センサ装置と異なる点は、センサ基板１の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３が、弾性表面波遅延線として構成されていることである。
すなわち、圧力検出用弾性表面波素子２は、センサ基板１の表面に間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極２ａと、その間の弾性表面波の伝搬路２ｃとで構成されている。ここでセンサ基板１の肉薄部は圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域全域にわたって設けられている。
また、参照用弾性表面波素子３も同様に、弾性表面波遅延線のタイプである。すなわち、センサ基板１の下面に所定の間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極６ａと、その間の弾性表面波の伝搬路６ｃとで構成されている。
また、両弾性表面波素子２，３の弾性表面波の伝搬方向の両側には、弾性表面波を減衰させ、圧電基板の端部などで弾性表面波が反射するのを防止するために、シリコン樹脂などから成るダンピング材１７が形成されている。なお、センサ基板１の端部で反射する弾性表面波の強さが許容される程度のものであれば、必ずしもダンピング材１７を設ける必要はない。
センサ基板１に外部からの圧力が印加され、センサ基板１の肉薄部が変形すると、圧力検出用弾性表面波素子２において、弾性表面波の伝搬路の長さが変化すると同時に、歪みが生じた部分の弾性表面波の伝搬速度が変化し、両者の作用によって電気信号の遅延時間が変化するため、遅延時間の変化を検出することによって、先の実施形態の場合と同様に圧力の変化を検出することができる。
遅延時間の変化を検出するためには、例えば圧力検出用弾性表面波素子２の弾性表面波遅延線によって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を接続する。これによって、圧力の変化を発振周波数の変化として検出することができる。
また、参照用弾性表面波素子３も同様に、参照用弾性表面波素子３によって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を接続する。
この場合も、圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３が同一のセンサ基板１上に形成されているため、遅延時間の温度依存性は、双方の弾性表面波素子２，３の発振信号の差分をとることでキャンセルされ、温度補正をすることができる。
さらに上述した図５、図６の実施形態においては、圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域全域が肉薄部に位置するようにしたが、これに代えて、圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域の一部、例えば、伝搬路２ｃのみが肉薄部に位置するようにしたり、或いは、伝搬路２ｃと、ＩＤＴ電極２ａの一部とが、肉薄部に位置するようにしても構わない。
発振回路は、ＩＣチップで実現し、上述した支持基板６の上面、下面又は支持基板６の内部に搭載するようにしても良いし、支持基板６の外部のマザーボード上に搭載してもよい。
図７は、発振回路等を支持基板６の下面に搭載した例を示す。
支持基板６の下面には、端子電極（図示せず）が設けられているとともに、第１の発振回路、第２の発振回路、差分生成回路及び変調回路を集積したＩＣチップ１２が搭載され、さらに電力増幅器１５が搭載され、さらに、これらを覆うように樹脂１４がモールド形成されている。
これらの第１の発振回路、第２の発振回路、差分生成回路及び変調回路等の機能は、図４を参照しながら説明したのと全く同様であり、ここでは改めて説明することは省略する。
以下、本発明の圧力センサ装置の他の構成例を説明する。
図８は、センサ基板１の下面において、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを一列状に配置させ、圧力検出用弾性表面波素子２の反射器２ｂと、圧力検出用弾性表面波素子３の反射器３ｂとを、双方の弾性表面波素子２，３の反射器として共用していた構造を示す図である。
この圧力センサ装置によれば、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とが両者間に位置する反射器２ｂ（３ｂ）を共用していることから、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを含むセンサ基板１の面積をより小さくすることができ、圧力センサ装置をより軽量化することができる。その結果、圧力センサ装置が例えばタイヤ内の空気圧を監視する目的で使用される際においても、タイヤの回転により発生する遠心力をより小さくすることができるので、タイヤ内部で圧力センサ装置の固定が外れ故障することを減少させることができる。
なお、図８には共用する反射器２ｂ（３ｂ）を凹部５の形成領域内と形成領域外とにまたがって形成した例を示しているが、共用する反射器２ｂ（３ｂ）全体を、凹部５の形成領域内に、あるいは凹部５の形成領域外に形成してもよい。
しかし、圧力センサ装置に外部からの圧力が加わった際に圧力検出用弾性表面波素子２が形成された領域を変形し易くし圧力センサ装置の感度を高めるという観点からは、共用する反射器２ｂ（３ｂ）全体を、凹部５の形成領域内に形成することが好ましい。
また、図９の斜視図で示すように、圧力検出用弾性表面波素子２のＩＤＴ電極２ａと参照用弾性表面波素子３のＩＤＴ電極６ａとの電極パッド７を共用してもよい。なおこの場合、電極パッドが１つ減少することから、工程を簡略化することができる。
図１０は、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３との間に弾性表面波の伝達を遮断もしくは弾性表面波の強度を低減せしめるダンピング材１６を配置した構造を示している。
本圧力センサ装置によれば、センサ基板１表面の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３との間に弾性表面波の伝達を遮断もしくは弾性表面波の強度を低減せしめるダンピング材１６を配置するようにしたことから、それぞれの弾性表面波の搬送波が同一ライン上を進行するように隣接配置して、圧力センサ装置を小型化した場合においても、互いの反射器で反射しきれなかったリークする搬送波が圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３との間に位置するダンピング材１６によって良好に吸収される。したがって、リークする搬送波と隣接する参照用弾性表面波素子２あるいは圧力検出用弾性表面波素子３の搬送波とが互いに干渉することは殆どなく、その結果、圧力測定を正確に行うことができる。
ダンピング材１６としては、樹脂や金属等の搬送波をダンピングできる材料であれば使用することが可能であり、好適にはシリコーンゴムに代表されるゴム等の弾力性を有する材料が用いられる。なお、ダンピング材の配置は、例えばダンピング材がシリコーンゴムである場合は、センサ基板１表面に従来周知のスクリーン印刷法を用いて印刷することによって行なわれる。
なお、ダンピング材１６は、隣接する反射器２ｂ、３ｂの間で、少なくとも一方の対向する端部の間から他方の対向する端部の間までの領域に連続して配置されていれば、リークする搬送波をダンピングする効果を得ることができる。また、ダンピング材１６の幅は、隣接する反射器２ｂ、３ｂの間隔により適宜決定され、通常は数μｍ〜数１０ｍｍ程度である。さらに、ダンピング材１６を支持基板６と接触するように形成することにより、リークする搬送波をよりダンピングする効果を得ることができる。
また、ダンピング材１６を、図１１（ａ）に示すように、圧力検出用弾性表面波素子２および参照用弾性表面波素子３をそれぞれ囲むように形成してもよい。さらに、図１１（ｂ）に示すように、圧力検出用弾性表面波素子２および参照用弾性表面波素子３を一つの大きなダンピング材１６で囲むと同時に、圧力検出用弾性表面波素子２および参照用弾性表面波素子３間にもダンピング材１６を配するように形成してもよい。この場合、ダンピング材１６を半田や導電性樹脂等の導体材料とすることにより、接合部８の機能を兼ねることができ、工程を増加することもない。
また、図１２に示すように、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを並列に配置した構成も採用することができる。すなわち、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とは、並列に、かつ、両素子２，３の弾性表面波の伝搬方向が平行になるように配置されている。
本発明の圧力センサ装置によれば、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを並列に配置したことから、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを同一基板上に形成し小型化したとしても、それぞれの弾性表面波が同一ライン上を進行することはないので、参照用弾性表面波素子２から生じる弾性表面波と圧力検出用弾性表面波素子３から生じる弾性表面波とが互いに干渉することはなく、その結果、圧力測定を正確に行うことができる。
なお、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とは、それぞれの弾性表面波の干渉を防止するという観点からは、弾性表面波の進行方向に両者の位置がずれて配置されていても構わないが、小型化という観点からは、図１２に示すように両者を横に並列に配置することが好ましい。
また、図１３に示すように、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを隣接して並列に配置した場合、両者の電極バッド７を共有して用いることにより、より小型化が可能となる。
また、さらに他の例として、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数とがそれぞれ異なる共振周波数となるように形成してもよい。
この場合、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数と参照用弾性表面波素子３の共振周波数とをそれぞれ異ならせたことから、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを同一基板上に接近させて形成し小型化したとしても、参照用弾性表面波素子３の搬送波と圧力検出用弾性表面波素子２の搬送波とが干渉することはないので、圧力測定を正確に行うことができる。
また、本発明の圧力センサ装置においては、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ２、反共振周波数をｆａ２、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３、反共振周波数をｆａ３としたときに、
ｆａ２＜ｆｒ３ （１）
または、
ｆａ３＜ｆｒ２ （２）
となるように、それぞれの周波数を設定してもよい。
図１４は、横軸は周波数（単位はＭＨｚ）、縦軸は挿入損失（単位はｄＢ）であり、圧力検出用弾性表面波素子２の共振特性の一例を点線で、参照用弾性表面波素子３の共振特性の一例を実線で示している。
圧力検出用弾性表面波素子２や参照用弾性表面波素子３の圧電体は、図１４のグラフで示すように、挿入損失が最小となる周波数である共振周波数（ｆｒ）と、挿入損失が最大となる周波数である反共振周波数（ｆａ）とを有しており、ｆｒ＜ｆａという関係を有している。従って式（１）、（２）は、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２から反共振周波数をｆａ２までの周波数帯域（ｆｒ２〜ｆａ２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３から反共振周波数ｆａ３までの周波数帯域（ｆｒ３〜ｆａ３）とが重なり合わないように、それぞれの共振周波数および反共振周波数を設定することを意味している。
圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２および反共振周波数ｆａ２と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数ｆｒ３および反共振周波数ｆａ３とが、式（１）または式（２）を満たさない場合、すなわち圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２から反共振周波数をｆａ２までの周波数帯域（ｆｒ２〜ｆａ２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３から反共振周波数ｆａ３までの周波数帯域（ｆｒ３〜ｆａ３）とが重なり合っていると、圧力検出用弾性表面波素子２のリークする弾性表面波がｆｒ３〜ｆａ３の周波数帯域にスプリアスとなって現れて、あるいは参照用弾性表面波素子３のリークする弾性表面波がｆｒ２〜ｆａ２の周波数帯域にスプリアスとなって現れて、圧力検出用弾性表面波素子２や参照用弾性表面波素子３の共振特性が乱れて正確な圧力測定が困難となることがある。
従って、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ２、反共振周波数をｆａ２、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３、反共振周波数をｆａ３としたときに、ｆａ２＜ｆｒ３、または、ｆａ３＜ｆｒ２となるように、それぞれの周波数を設定することが好ましい。
図１４は、共振周波数（ｆｒ３）が３１４．６８ＭＨｚ、反共振周波数（ｆａ３）が３１４．８２ＭＨｚである参照用弾性表面波素子３の共振特性を示している。この場合、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２を、参照用弾性表面波素子３の反共振周波数（ｆａ３＝３１４．８２ＭＨｚ）より高い周波数となるように設定すればよい。例えばセンサ基板１として水晶基板（ＳＴカット水晶、表面波音速Ｖ＝３１１０ｍ／ｓ、規格化膜厚（Ｈ／λ）＝２％ Ｈ：金属材料の電極膜厚（μｍ）λ：波長（μｍ））を用いた場合の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の具体的な素子設計は、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ２＞３１４．８２ＭＨｚとすると、圧力検出用弾性表面波素子２の波長λ２＜９．８７９μｍ、ＩＤＴ電極の電極指幅Ｐ２＜２．４７０μｍとなる。また参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３＝３１４．６８ＭＨｚとすると、参照用弾性表面波素子３の波長λ３＝９．８８３μｍ、ＩＤＴ電極の電極指幅Ｐ２＝２．４７１μｍとなる。上記例ではｆａ３＜ｆｒ２の場合について説明したが、ｆａ２＜ｆｒ３の場合においても同様に圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２から反共振周波数をｆａ２までの周波数帯域（ｆｒ２〜ｆａ２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３から反共振周波数ｆａ３までの周波数帯域（ｆｒ３〜ｆａ３）とが重なり合わないように設定すればよい。
また、図１５はセンサ基板１として水晶基板を用いた場合の、弾性表面波素子の周波数温度特性を示すグラフである。なお、図１５において、横軸は温度（単位は℃）、縦軸は周波数の変化率（単位はｐｐｍ）である。
このグラフに示すような水晶基板に代表される周波数温度特性が２次曲線を示す単結晶圧電材料を用いる場合には、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数（ｆｒ）差が大きくなると、圧力検出用弾性表面波素子２の周波数温度特性の頂点温度と参照用弾性表面波素子３の周波数温度特性の頂点温度との差が大きくなり正確な圧力測定が困難となるため、好ましくない。
一般的に頂点温度を有する単結晶圧電材料においては、単結晶圧電材料のカット角とＩＤＴ電極等を形成する金属材料の電極膜厚の規格化膜厚（Ｈ／λ）との関係により頂点温度が決定される。ここでＨは金属材料の電極膜厚（μｍ）、λは波長（μｍ）である。
ところが本発明のように圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数を異ならせた場合は圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とではλが異なるので、金属材料の電極膜厚を同一とすると規格化膜厚（Ｈ／λ）が異なるため周波数温度特性の頂点温度も異なることとなる。この関係から圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数の共振周波数差が大きくなると双方の規格化膜厚差も大きくなり、その結果として双方の周波数温度特性の頂点温度差も大きくなる。
よって、以上より本発明の圧力センサ装置における圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の形成に当たっては、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２から反共振周波数をｆａ２までの周波数帯域（ｆｒ２〜ｆａ２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３から反共振周波数ｆａ３までの周波数帯域（ｆｒ３〜ｆａ３）とが重なり合わないように、それぞれの共振周波数および反共振周波数を設定するとともに、水晶基板等の周波数温度特性が２次曲線を示す単結晶圧電材料を用いる場合には圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の頂点温度差が大きくずれない範囲となるように例えば、頂点温度差±５℃以内となるように形成するとよい。
ここで、頂点温度差が±５℃より大きくなると圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の周波数温度変化が圧力測定時の測定誤差となるため好ましくない。よって双方の頂点温度差が±５℃を超える場合には双方の規格化膜厚（Ｈ／λ）が同一となるように、金属材料の電極膜厚Ｈをプラズマエッチング等の金属膜エッチング技術を用いてエッチング加工することにより、参照用弾性表面波素子３と圧力用弾性表面波素子２が同一の規格化膜厚（Ｈ／λ）となるようにすれば良い。
また、本実施形態においては、圧力検出用弾性表面波素子２をセンサ基板１の下面側に形成するようにしたが、これに代えて、圧力検出用弾性表面波素子２をセンサ基板１の上面側に形成するようにしても構わない。
−第２の実施形態−
以下、本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１６（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態にかかる圧力センサ装置を示す図であり、図１６（ａ）は上面図、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）は断面図である。
同図に示す圧力センサ装置は、センサ基板１０と、この上面に形成されたＩＤＴ電極２１および反射器２２からなる圧力検出用弾性表面波素子２０とを備えている。
センサ基板１０は、例えば、水晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶等の圧電性の単結晶、あるいはチタン酸鉛、ジルコン酸鉛等の圧電セラミックスから成り、圧力検出用弾性表面波素子２０を介してセンサ基板１０に電圧が印加されると、その一主面で所定の弾性表面波を発生させる作用をなす。
圧力検出用弾性表面波素子２０は、弾性表面波を励振するＩＤＴ電極２１、弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極２１の両側に配置される反射器２２、ＩＤＴ電極２１に電気的に接続される外部接続用のパッド電極２３等によって構成される。ＩＤＴ電極２１、反射器２２、パッド電極２３は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金等の金属材料から成る。
ＩＤＴ電極２１は、互いに平行に配置された帯状の共通電極と、これらの共通電極に対し直交する方向に延びる複数の電極指を有する一対の櫛歯状電極２１ａ、２１ｂとから構成されている。
ＩＤＴ電極２１は、外部から所定の電力が印加されると、センサ基板１０の上面に電極指の配列ピッチに対応した所定の弾性表面波、具体的には、電極指の配列ピッチを１／２波長とする弾性表面波を発生する作用をなす。
他方、反射器２２は、ＩＤＴ電極２１の形成領域内で発生する弾性表面波のエネルギーを一対の反射器２２ａ、２２ｂの間に閉じ込めて定在波を効果的に発生させる作用をなす。
また、ＩＤＴ電極２１と電気的に接続するように形成された電極パッド１０は、外部との電気的接続をなす金属細線やバンプが接合され、ＩＤＴ電極２１に外部からの所定の電圧を印加する機能を有する。
なお、参照用弾性表面波素子３０は、先に述べた圧力検出用弾性表面波素子２０と同様の構成を有する。
参照用弾性表面波素子３０は、圧力変動前後の共振周波数の変動がないように、圧力検出用弾性表面波素子２０から距離を隔てて配置されている。参照用弾性表面波素子３０は、圧力検出用弾性表面波素子２０と弾性表面波の伝搬方向が同一方向となるようにセンサ基板１０上にＩＤＴ電極３１、反射器３２が形成されたものである。
また、本実施形態の圧力センサ装置は、ＩＤＴ電極２１の直下に位置するセンサ基板１０の下面に、溝状の凹部４０，４０′が形成されて、この部分の厚みが他の領域よりも薄くなっている。
特に、図１６（ｂ）の凹部４０では、反射器２２の直下に位置するセンサ基板１０の厚みをＩＤＴ電極２１から離れるに従って漸次厚くしている。
また、図１６（ｃ）の凹部４０′では、センサ基板１０の厚みが、ＩＤＴ電極２１の直下と反射器２２の直下とにおいて、階段状に変化している。
このような圧力センサ装置は以下に述べる方法によって製作される。
まず、圧電単結晶の母基板（ウェハ）を用意し、これに蒸着法やスパッタリング法によってウェハ上に電極膜を形成する。次に、この電極膜上にレジストをスピンコートし、さらにステッパー装置等を用いて露光・現像した後に、ＲＩＥ装置等を用いてエッチングしてウェハ上にＩＤＴや反射器等の電極パターンを形成する。これによって、ウェハの表面の縦横に多数の圧力検出用弾性表面波素子２０、参照用弾性表面波素子３０が形成される。
次に、このウェハを弾性表面波素子の電極形成面を下にしてダイシングテープに貼り付け、この状態でエッチングまたは、サンドブラスト法により、ＩＤＴ電極２１の直下に位置するセンサ基板１０の厚みが他の領域よりも薄くなるように加工を行う。そしてしかる後、ウェハをダイシングカットすることにより、圧力センサ装置の個片が完成する。
なお、圧力センサ装置のチップサイズは、共振器の共振周波数によって異なるが、共振周波数３００ＭＨｚ程度で用いる場合、１０ｍｍ×５ｍｍ×０．３ｍｍ程度（長さ×幅×厚み）である。
また、センサ基板１０のＩＤＴ電極２１直下の厚みは、所望のセンサ感度と圧力検出用弾性表面波素子２０の共振周波数の関係で決まる。具体的には１０μｍ〜１００μｍの範囲に設定することが好ましい。厚みが１０μｍ以下であるとセンサ基板１０の強度が脆くなり、その部分から割れる等の不具合が発生する傾向がある。また、厚みが１００μｍ以上であると、圧力によるたわみ量が減少するため感度が劣化する傾向がある。
図１７は、図１６（ｂ）に示した本発明の圧力センサ装置を、支持基板６上に実装した状態を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は圧力センサ装置の上面図、（ｄ）は支持基板６の上面図である。なお、この圧力センサ装置は、参照用弾性表面波素子３０を描いていない。
図１７において、ＩＤＴ電極２１に接続されたパッド電極２３の先にはバンプ電極６１が形成されている。バンプ電極６１は、支持基板６上に形成されたバンプ電極６１と半田バンプ６２により電気的に接続される。
樹脂によりセンサ基板１０と支持基板６間は気密封止されている。なお、半田バンプ６２と樹脂間には樹脂の流入を防止するダムが形成されている。センサ基板１０と支持基板６間は大気圧に保持されて気密封止されている。
次に、図１７の圧力検出用弾性表面波素子２０について、その動作および実際の圧力測定方法について説明する。
図１８は実際の圧力測定系を模式的に示す図である。この図において、圧力センサ装置は、ガスチャンバー９０内で窒素ボンベ９１から注入される窒素により加圧される。そして、圧力計９２で圧力上昇を確認しながら、圧力検出用弾性表面波素子２０の共振周波数をネットワークアナライザ９３で測定する。
前記図１７の圧力センサ装置において、圧力変動前（大気圧状態）と変動後（加圧状態）の共振特性を図１９に示す。図１９（ｂ）の縦軸は挿入損失（ｄＢ）、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。
なお、この実験では、共振器としてＲＫＥ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｋｅｙｌｅｓｓ Ｅｎｔｒｙ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ）用の弾性表面波共振器（共振周波数：３１５．０ＭＨｚ）を用いた。
ここで、図１９に示す点線の共振特性は圧力変動前（大気圧状態）であり、実線の共振特性は圧力変動後（加圧状態）である。
図１９からわかるように圧力変動前後の共振特性を比較すると圧力変動後（加圧状態）の共振特性は共振周波数が低周波側にシフトしている。これは圧力変動により、圧力検出用弾性表面波素子２０のＩＤＴ電極２１が凸状に変形したためである。すなわち、ＩＤＴ電極２１のピッチで決まる波長がＩＤＴ電極２１の変形により大きくなり、波長の逆数の関係にある共振周波数が低周波側にシフトしたことになる。
ここで共振周波数の変化量と圧力の関係を事前に求めておくことにより、共振周波数の変化を測定することで、圧力に換算することができる。
ここで、本発明の圧力センサ装置において利点は、図１９に実線で示す圧力検出用弾性表面波素子２０の圧力変動後（加圧状態）の共振特性において、共振周波数の挿入損失の劣化がないことである。
次に、センサ基板１０の厚みが、反射器２２の直下とそれ以外の部分とにおいて、階段状に変化した構造（図１６（ｃ））を持つ圧力センサ装置の、圧力変動前（大気圧状態）と変動後（加圧状態）の共振特性を図２０に示す。
図２０に示す点線の共振特性は圧力変動前（大気圧状態）であり、実線の共振特性は圧力変動後（加圧時）である。図２０に示されているように、圧力変動前後の共振特性を比較すると圧力変動後（加圧時）の共振特性は共振周波数が低周波側にシフトしている。これは圧力変動により、圧力検出用弾性表面波素子２０のＩＤＴ電極２１が凸状に変形したためである。すなわち、ＩＤＴ電極２１の間隔で決まる波長がＩＤＴ電極２１の変形により大きくなり、波長と逆数の関係にある共振周波数が低周波側にシフトしたことになる。
したがって、共振周波数の変化量と圧力の関係を事前に求めておくことにより、共振周波数の変化を測定することで、圧力に換算することができる。
そして本発明にかかる圧力センサにとって利点は、図２０に示すように圧力変動前後の共振周波数の変化量が大きいことである。
以上の実験結果より明らかなように、本発明の圧力センサ装置においては、圧力検出用弾性表面波素子２０のＩＤＴ電極２１直下に位置するセンサ基板１０の厚みを反射器２０の直下に位置するセンサ基板１０の厚みよりも薄くなしたことから、圧力変動によるＩＤＴ電極２１直下に位置するセンサ基板１０のたわみ量を大きくできるため圧力変動前後の共振周波数の変化量を大きくでき、感度の高い圧力センサを得ることができる。
とくに、センサ基板１０の厚みをＩＤＴ電極２１より離れるに従って漸次厚くすれば、圧力変動によるＩＤＴ電極２１の変形にその両側の反射器２２も追随するため、圧力変動により反射器２２の反射効率が低下することがないので圧力検出用弾性表面波素子２０内に弾性表面波のエネルギー閉じ込め効果の大きい損失の少ない共振特性を得ることができる。
なお、上述の実施形態においては、本発明を、一端子対を有する弾性表面波共振器に適用した例について説明したが、本発明と同様に弾性表面波のエネルギー閉じ込め効果を利用した設計手法を用いた共振器やフィルタ等に適用可能である。また本発明は、二端子対共振器や多重モードフィルタ等にも適用可能である。
−第３の実施形態−
以下、本発明の第３の実施形態に係る圧力センサ装置を図面に基づいて詳細に説明する。
図２１は圧力センサ装置の断面図、図２２は圧力センサ装置に用いられるセンサ基板１の下面を示す平面図、図２３は圧力センサ装置に用いられる支持基板６の上面を示す平面図である。
図２４は圧力センサ装置の発振回路及び差分生成回路の電気的構成を示す回路図である。
圧力センサ装置は、大略的に、センサ基板１と、支持基板６と、電子部品素子５０と、封止材４とで構成されている。
センサ基板１は、センサ基板１に印加される圧力に応じてセンサ部１１が変形し、圧力変動を検出するようになっている。
センサ基板１の下面には、センサ部１１、電極パッド７及びこの両者を接続する引出電極７１等が形成されている。また、センサ部１１、電極パッド７、引出電極７１の周囲には、これらを囲繞するようにして接合部８が設けられており、この接合部８に封止材４が接合される。
センサ基板１の材質としては、センサ部１１と一体的に形成することができ、外部からの圧力を受けると比較的容易に変形し得るものが好ましく、例えば、水晶、ニオブ酸リチウ厶、タンタル酸リチウム等の圧電材料が好適に使用される。
センサ部１１は、ＩＤＴ電極２ａと、ＩＤＴ電極２ａの弾性表面波の伝搬方向の両側に形成される一対の反射器電極２ｂとから成る弾性表面波共振子２で構成される。また、ＩＤＴ電極２ａは、引出電極７１を介して電極パッド７に接続されている。
ＩＤＴ電極２ａや反射器電極２ｂは、センサ基板１の表面に、例えば、アルミニウ厶や金等の金属材料を従来周知のスパッタリングや蒸着等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィー技術等を採用し、２０００Å程度の厚みにてパターン形成することによりが形成される。
また、電極パッド７や引出電極７１も、先に述べたＩＤＴ電極２ａ等と同様に、アルミニウムや金等の金属材料を薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等によってパターン形成することによって得られる。なお、電極パッド７については、下地に対する密着強度を向上させるために膜厚を厚く形成しておくことが好ましい。さらにその表面にＣｒ、Ｎｉ、Ａｕ等のメッキを施すことによって導電性接合材７０との接合性を良好なものとすることができる。
一方、支持基板６に求められる特性としては、外部からの圧力に対して変形することが殆どなく、十分な強度を有していることが重要であり、その材質としては、例えば、ガラス−セラミック材料などのセラミック材料を用いた多層回路基板等が用いられる。
かかる支持基板６の上面には、電子部品素子５０が搭載されるとともに、導電性接合剤７０を介して電極パッド７と接続される接続パッド５３が設けられている。なお、接続パッド５３は、支持基板６の表面または内部に形成された内部配線パターン２４の一部によって、前記電子部品素子５０と電気的に接続されている。したがって、このようにして弾性表面弾性波素子２と電子部品素子５０とが電気的に接続されることになる。
また、上述した電子部品素子５０及び接続パッド５３の周囲に、先に述べた接合部８と対向するようにして接合部９が設けられており、この接合部９に封止材４が接合される。よって、接合部８，９の内側に、センサ基板１の下面と、支持基板６の上面と封止材４で囲まれた封止空間Ｓを形成することができる。
さらに、支持基板６の下面には、複数個の外部端子電極２３が形成されており、これらの外部端子電極２３は、この圧力センサ装置を実装する外部回路基板の配線パターンに接続される。また、外部端子電極２３は、支持基板６の内部配線パターン２４やビアホール導体２５等を介して、支持基板６上面の電子部品素子５０や接続パッド５３等と電気的に接続されている。
また、導電性接合材７０は、例えば、半田や導電性ペーストなどから成り、センサ基板１の電極パッド７と支持基板６の接続パッド５３とを接続することで、弾性表面波素子２のＩＤＴ電極２ａと電子部品素子５０とを電気的に接続している。
支持基板６は、具体的には、接続パッド５３や外部端子電極２３、内部配線パターン２４、ビアホール導体２５となる導体ペーストが印刷・塗布されたグリーンシートを複数枚、積層・圧着させた上、これを一体焼成することによって製作される。
なお、接続パッド５３や外部端子電極２３の表面には必要に応じてＣｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ等のメッキを施すことが好ましい。これにより、接続パッド５３や外部端子電極２３の接合性を良好なものにすることができる。
上述したセンサ基板１と支持基板６との間に介在される封止材４は、例えば、樹脂や金属材料等から成り、弾性表面波素子２や電気部品素子５０を囲繞するようにして、センサ基板１の接合部８と支持基板６の接合部９とを接合する。これにより、センサ基板１と支持基板６と封止材４とで囲まれる封止空間Ｓ内に、ＩＤＴ電極２ａ、反射器電極２ｂ及び電子部品素子５０等を気密封止している。そして、このような封止空間Ｓの内部には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが充填され、これによって封止空間Ｓ内に配置されるＩＤＴ電極２ａ、反射器電極２ｂや電子部品素子５０等の酸化腐食等が有効に防止されることとなる。
なお、このような封止材４として、半田等の導体材料を用いる場合は、封止材４が接合される接合部８及び接合部９の部分に導電性の封止電極が形成されるので、封止電極を支持基板６の下面のグランド端子（外部回路基板のグランド電位の端子に接続される外部端子電極２３）に電気的に接続させておくようにすれば、圧力センサ装置の使用時、封止材４はグランド電位に保持されることとなるため、封止材４によるシールド効果が期待でき、外部からの不要なノイズを封止材４でもって良好に低減することができる。
また、封止材４として導電性樹脂を用いる場合も同様にグランド電位に保持されるようにすることでシールド効果が期待できる。
なお、接合部８に形成される封止電極の材質及び製法は、電極パッド７と同様とされ、接合部９に形成される封止電極の材質及び製法は接続パッド５３と同様とされる。
また、電子部品素子５０は、例えば、発振回路や差分生成回路等を集積したＩＣチップ５１や電力増幅器５２から構成される。
図２４は、発信回路６０の詳細な回路図である。かかる発信回路６０は、発振回路６０ａ，６０ｂ及び差分生成回路６０ｃを有して構成されている。かかる回路には、トランジスタ、抵抗、コイル、コンデンサ、弾性表面波素子２，３等が、発振周波数などの条件に応じて適宜配置される。
まず、発振回路６０ａは、弾性表面波素子２と、該弾性表面波素子２の出力信号に基づいて発振しえる発振条件を整える発振トランジスタ、コンデンサ、抵抗からなる発振段とから構成されている。
また、発振回路６０ｂは、弾性表面波素子３と、該弾性表面波素子３の出力信号に基づいて発振しえる発振条件を整える発振トランジスタ、コンデンサ、抵抗からなる発振段とから構成されている。
また、差分生成回路６０ｃは、例えばコンパレータ、演算手段、メモリ手段などが集積化されたものである。発振回路６０ａから得られる弾性表面波素子２の出力信号と、発振回路６０ｂから得られる弾性表面波素子３の出力信号とを、たとえばコンパレータにて比較・参照して、このデータを演算部に演算処理して、圧力検出信号を作成する。
さらに、演算部では、当該圧力検出信号を、外部に無線にて伝送するための搬送波に合成して、高周波信号を作成する機能も有している。
なお、上述の差分生成回路６０ｃでは、検出用弾性表面波素子２の出力信号と、参照用弾性表面波素子３の出力信号とを、コンパンレータを用いて比較しているが、検出用弾性表面波素子２の出力信号と参照用弾性表面波素子３の出力信号を、ミキサー及びバンドパスフィルタを用いて、これらの２つの出力信号に基づいて圧力検出信号を抽出しても構わない。
また、前記回路では、無線伝送を行うための搬送波を、圧力検出を行うための参照側の参照用弾性表面波素子３に基づいて作成しているが、この参照用弾性表面波素子３を含む発振回路以外に、搬送波作成用発振回路を別途設けても構わない。
以上のような本実施形態の圧力センサ装置は、センサ基板１に対して印加される外部からの圧力によって、センサ部１１、すなわち、弾性表面波素子２が変形する。その結果、歪みが生じた部分の圧電体の弾性定数が変化して弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波素子２のＩＤＴ電極２ａにおいて、図２５に示す電極指間隔ｄが変化して、それぞれの作用によって弾性表面波素子２の共振周波数が変化する。これにより、発振回路６０ａ、ｂの発振周波数も変化するため、センサ基板１に加わる圧力変動は最終的に発振周波数の変化として検出される。
ここで、本実施形態の圧力センサ装置においては、上述したように、センサ部１１及び電子部品素子５０がセンサ基板１、支持基板６及び封止材４にて囲まれる封止空間Ｓ内に配置されるようになっているため、外部環境の影響を受けることは殆どなく、信頼性を向上させることができる。
また、電子部品素子５０を搭載するためのスペースを封止空間Ｓの外側に別途確保する必要はないため、圧力センサ装置の全体構造を小型化することができ、しかも高密度実装及びコストダウンにも供することができる。
次に、上述した圧力センサ装置にアンテナ素子を付加した例を、図２６を用いて説明する。
同図に示す圧力センサ装置は、支持基板６上にアンテナ素子８１を搭載している。アンテナ素子８１は、半田付け等によって支持基板６上に実装される。
このアンテナ素子８１によって、発信回路６０より出力される所定周波数の高周波信号を、他の受信機器に無線電送することが可能となる。
アンテナ素子８１としては、例えば、誘電体セラミックなどを利用した表面実装型のチップアンテナが用いられる。
アンテナ素子８１は、図２４に示した発信回路６０の出力端６２に、電力増幅器５２を介して接続される。送信パワーが小さくてもよいときは、アンテナ素子８１を、発信回路６０の出力端６２に直接接続してもよい。
なお、アンテナ素子８１は、図２６に示すように、封止材４による封止空間Ｓの外側に配置させておくことが好ましい。これによって、アンテナ素子８１と、封止空間Ｓ内部の表面弾性波素子２や電子部品素子５０との電波干渉を避けることができ、高周波信号を殆ど減衰させることなく無線送信することが可能となる。
以上のような本実施形態の圧力センサ装置８０によれば、センサ部１１を構成する弾性表面波素子２や、それとともに発信回路６０等を構成する電子部品素子５０を外部環境より保護することによって信頼性を向上させることができるとともに、全体構造を小型化することが可能となる。
次に、弾性表面波素子２として、弾性表面波遅延線を用いた圧力センサ装置を、図２７を用いて説明する。図２７は、本実施形態の圧力センサ装置に用いられるセンサ基板１の下面を示す平面図である。
本実施形態の圧力センサ装置が、図２１，図２２に述べた圧力センサ装置と異なる点は、センサ部１１を構成する弾性表面波素子２が、センサ基板１の下面に間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極２ａと、その間の弾性表面波の伝搬路２ｃとで構成されていることである。
また、センサ基板１の下面で、弾性表面波素子２の両側、具体的には、弾性表面波の伝搬方向に係る両側には、弾性表面波を減衰させ、センサ基板１の端部で弾性表面波が反射するのを防止するために、シリコン樹脂などから成るダンピング材１７が形成されている。
このような弾性表面波遅延線を用いて、弾性表面波遅延線によって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を構成することができる。
センサ基板１に外部からの圧力が上方より印加され、センサ部１１を構成する弾性表面波素子２の弾性表面波の伝搬路２ｃに応力が加わると、伝搬路２ｃに歪みが生じてその部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波の伝搬路２ｃの長さが変化する。そして、それぞれの作用によって電気信号の遅延時間が変化し、これによって弾性表面波素子２と、それに接続される発振回路の発振周波数が変化する。よって、本実施形態における圧力センサ装置も、先に述べた圧力センサ装置と同様に圧力検出素子として機能する。
また、図２８に示すように、アンテナ素子８１の代わりに、例えばミアンダ状の導体パターンによって構成されるアンテナパターン８２を形成するようにしても良い。このようなアンテナパターン８２を用いる場合であっても、アンテナパターン８２は、無線送信の減衰を防ぐために封止材４による封止空間Ｓの外側に配置させておくことが好ましい。
なお、図２６から図２８の実施形態においては、アンテナ素子８１やアンテナパターン８２を支持基板６上に配置させるようにしたが、これらのアンテナをセンサ基板１に配置させても良いことは言うまでもない。
次に、支持基板６の上面に、電子部品素子５０の大きさに合わせて断面凹状のキャビティを形成し、このキャビティ内に電子部品素子５０の一部もしくは全体が埋設されるようにして電子部品素子５０を搭載した例を説明する。
図２９は、支持基板６に凹部８０ａを形成し、電子部品素子５０をその凹部８０ａに設置した実施形態を示す断面図である。
本実施形態によれば、電子部品素子５０を埋設する凹部８０ａが支持基板６の上面に設けられており、電子部品素子５０がその凹部８０ａの中に設置されている。
この構造によれば、電子部品素子５０が背の高い部品であっても、支持基板６の凹部８０ａ内に埋設されるから、センサ基板１を支持基板６上に搭載するにあたり、センサ基板１と支持基板６との間隔を、電子部品素子５０の厚みを考慮することなく比較的自由に設定して圧力センサ１の設計の自由度を上げることができる。また、組み立ての作業性を良好になして圧力センサ１の生産性を高く維持することができる。
さらに、センサ部１１が封止されている封止空間Ｓ内で電子部品素子５０も気密封止されるようになるため、電子部品素子５０が良好に保護される。
さらに、センサ部１１と電子部品素子５０とが近接配置されることによって両者を接続する配線部を短くすることができ、電磁的ノイズの影響を極力排除して、誤動作や測定精度の低下といった不具合の発生を有効に防止することができる。また、電子部品素子５０の搭載面（凹部８０ａの底面）が外部からの圧力変動によって変形することも殆どなく、電子部品素子５０を極めて安定した状態で実装させておくことができる。
なお、上述した実施形態においては電子部品素子５０が埋設される凹部８０ａを支持基板６の上面に設けるようにしたが、これに代えて、電子部品素子５０が埋設される凹部８０ａを支持基板６の下面に設けるようにしても良い。
さらに上述した実施形態においては、電子部品素子５０を凹部８０ａ内に完全に埋設させるようにしたが、これに代えて、電子部品素子５０の上部が凹部８０ａの開口部より一部突出する形で凹部８０ａ内に部分的に埋設させるようにしても構わない。
次に、今まで説明した圧力センサ装置に加速度センサを付加した、圧力センサ装置を図面に基づいて詳細に説明する。
図３０は、加速度センサ付き圧力センサ装置の断面図である。
これらの図に示す加速度センサ付き圧力センサ装置は、電子部品素子５０を搭載した支持基板６、センサ部１１及び加速度検出素子４１を搭載したセンサ基板１、封止材４等で主に構成されている。
この加速度センサ付き圧力センサ装置では、センサ基板１の一端側５６は、圧力検出領域よりも外側に延出されており、該延出部５６の下面に加速度検出素子４１が形成されている。
この加速度検出素子４１は、加速度Ｇの印加により、加速度検出素子４１が変形し加速度を検出するようになっている。
加速度検出素子４１は、例えば、圧力検出用弾性表面波素子２と同様に、ＩＤＴ電極２ａとその弾性表面波伝搬方向の両側に形成された一対の反射器とから構成されていてもよい。
図３１は弾性表面波共振子の構造を有する加速度検出素子４１を搭載した、センサ基板１の下面を示す平面図である。
ＩＤＴ電極２ａは、図３０，図３１に示すように、引出電極７２を介して電極パッド６７に接続されている。電極パッド６７は導電性接合材６９を介して、支持基板６上の接続パッド６８と電気的に接続している。電極パッド６７や引出電極７２は、先に述べた圧力検出用弾性表面波素子２の周囲に形成した電極パッド７や引出電極７１と同様に、アルミニウムや金等の金属材料を薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等によってパターン形成することによって得られる。
また、加速度検出素子４１の先端部に、錘７３を設けておくことにより、加速度Ｇの検出感度を向上させることができる。錘７３は、例えば金属やセラミック等からなる板や積層体を接着剤によって延出部５６の端部に接合することによって形成される。
また、加速度検出素子４１を上述のように弾性表面波素子により形成する場合、弾性表面波素子を気密封止するようにケース９７を設けておくことが好ましい。これによって、ＩＤＴ電極２ａの酸化腐食を防止することができる。
なお、延出部５６の短辺の幅ｗ２は任意に設定できる。延出部５６の短辺の幅ｗ２をセンサ基板１の圧力検出用弾性表面波素子２が形成されている部分の幅ｗ１よりも狭くしておけば、加速度の印加によって延出部５６が撓みやすくなり加速度の検出感度を向上させることができるという利点がある。また、延出部５６の短辺の幅ｗ２とセンサ基板１の圧力検出用弾性表面波素子２が形成されている部分の幅ｗ１とを同一にしておけば、延出部５６を形成するにあたってセンサ基板１を削るといった工程を省くことができ、圧力検出装置１の製造プロセスを簡略化することができるという利点がある。
以上のように、センサ基板１の少なくとも一端側を、支持基板６の上面より離間させた状態で外側に延出させるとともに、その延出部５６に加速度検出素子４１を形成したことから、加速度検出素子４１用の基板を別途用意する必要もなく、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
また、圧力検出用弾性表面波素子２と加速度検出素子４１とを同一の製造プロセスで形成することができるので、圧力センサ装置の生産性向上に供することができる。
図３２は、この加速度センサ付き圧力センサ装置の支持基板６の上面を示す平面図である。
支持基板６上の、枠状の接合部９が形成された部分の外部に、後述する加速度検出回路８６、給電制御回路８７、電力増幅器９６等を構成する回路素子や、アンテナ素子９５が搭載されている。
図３３は、発信回路６０、加速度検出素子４１を含む加速度検出回路８６、給電制御回路８７、電力増幅器９６、アンテナ素子９５等の相互の接続状態を示すブロック回路図である。
発信回路６０は、例えば、ＩＣ，トランジスタなどの能動部品や抵抗，コンデンサなどの受動部品等を含み、弾性表面波素子２と電気的に接続することによって所定周波数の電気信号を発信する。発信回路６０は、電力増幅器９６に接続されており、これによって、発信回路６０より出力される発信信号を増幅することができるようになる。
一方、加速度検出回路８６の検出出力は、給電制御回路８７に供給される。そして、給電制御回路８７を発信回路６０及び電力増幅器９６に接続して、電源８５から発信回路８０および電力増幅器９６への電力供給を給電制御回路８７で制御するようにしている。
アンテナ素子９５は、発信回路６０より出力され電力増幅器９６で増幅された所定周波数の電気信号を、他の受信機器に無線伝送することができる。したがって、アンテナ素子９５からの電波を受信した受信機器は、圧力センサ装置より離れた場所においても、圧力情報を得ることができる。かかるアンテナ素子９５としては、例えば、誘電体セラミック等を利用した表面実装型のチップアンテナ等が用いられ、半田付け等によって支持基板６上に実装されている。
なお、アンテナ素子９５をセンサ基板１の上面に形成する実施形態については、後に、図３８，図３９を参照して説明する。
図３４は、加速度検出回路８６及び給電制御回路８７の具体的回路構成を示す回路図である。加速度検出回路８６は、図３４に示す如く加速度検出素子４１、ダイオードからなる保護回路及び演算電力増幅器からなり、また給電制御回路８７は、コンデンサと抵抗からなるハイパスフィルタ、比較電圧源及び演算電力増幅器から構成されている。
次に、上述した加速度センサ付き圧力センサ装置を用いて加速度及び圧力を検出する際の動作について、図３３及び図３４の回路図を用いて説明する。なお、ここでは圧力センサ装置を車両のタイヤ内に内蔵した場合を想定して説明する。
まず加速度を検出する際の動作について説明する。車両が走行し始めるとタイヤの回転数が増加し、回転による加速度Ｇが発生する。この加速度Ｇが加速度検出素子４１に印加されると、延出部５６及び錘７３に作用する力によって加速度検出素子４１に曲げモーメントが作用し加速度検出素子４１が撓み、加速度検出素子４１が変形する。その結果、センサ基板１の歪みが生じた部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、加速度検出素子４１のＩＤＴ電極２ａの電極指配列ピッチｄ（図２５に示す。）が変化し、その両方の作用によって加速度検出素子４１の共振周波数が変化する。
すると、その変化量に比例した起電力が発生し、この起電力に基づいて加速度検出回路８６において加速度が検出されるとともに、共振周波数の変化又はインピーダンス変化に比例した制御信号が得られる。そして、この制御信号が給電制御回路８７に入力されると、制御信号のレベルが、一定の車速に対応する閾値を超えたときには、電池等の電源８５から発信回路６０及び電力増幅器９６へ電力が供給され、制御信号のレベルが閾値以下の場合には、電源８５から発信回路６０及び電力増幅器９６へ電力が供給されないようになる。
従って、車両が一定以上の速さで走行している場合にのみ、電力を供給することができる。これにより、圧力センサ装置の消費電力を有効に抑えることができ、電力増幅器の消費電力を抑えて、電源を長持ちさせることができるようになる。
なお、前記制御信号の閾値は、給電制御回路８７を構成する回路素子を適宜選択することにより任意に設定できる。
また、センサ基板１に形成された加速度検出素子４１を、間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極と、その間の弾性表面波の伝搬路とで構成される弾性表面波遅延線で構成してもよい。
このように弾性表面波遅延線を用いた場合、センサ基板１に加速度Ｇが印加されると、延出部５６及び錘７３に作用する力によってセンサ基板１に曲げモーメントが作用し加速度検出素子が撓み、弾性表面波素子が変形する。これによって、弾性表面波素子の弾性表面波の伝搬路に応力が加わって歪みが生じると、その部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波の伝搬路の長さが変化する。そして、その両方の作用によって電気信号の遅延時間が変化し、これによって発振回路の発振周波数が変化する。よって、弾性表面波遅延線で構成された加速度検出素子も、先に述べた実施形態における加速度検出素子４１と同様に、加速度検出素子として機能する。
なお、図３０の構成では、加速度検出素子４１を延出部５６の下面のみに形成したが、これに代えて、延出部５６の上下両面に加速度検出素子４１を形成するようにしても良い。この場合、延出部５６の上下両面に形成された２つの加速度検出素子４１の出力の差をとることにより、温度変化などの影響を補正することができるとともに、加速度検出素子４１の測定精度を向上させることが可能となる。
次に、本発明の加速度センサ付き圧力センサ装置の変形例について説明する。
図３５は本発明の加速度センサ付き圧力センサ装置の断面図、図３６はセンサ基板１の上面を示す平面図、図３７はセンサ基板１の下面を示す平面図である。なお、図３０に示した加速度センサ付き圧力センサ装置と同一の部品については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図３０の圧力センサ装置では、加速度検出素子を、延出部５６の片面に形成した弾性表面波共振子で構成していたが、図３５に示す圧力センサ装置では、これに代えて延出部５６の上下両面にそれぞれ形成された２つのモノモルフ素子７７で構成した。モノモルフ素子７７は、センサ基板１のバルク振動を利用するものであり、センサ基板１の延出部５６の上下両面に振動電極９８を被着することにより形成することができる。
前記振動電極９８には銀等の金属材料が用いられ、従来周知のスパッタリングや蒸着法等の成膜形成技術等により形成される。
このようなモノモルフ型の加速度検出素子は次のようにして加速度を検出する。まず、加速度Ｇが延出部５６及び錘７３に印加されると、センサ基板１が撓み、延出部５６に形成されたモノモルフ素子７７が変形する。このとき、モノモルフ素子の変形に応じた起電力が発生し、これによって加速度を検出することができる。
上述のように加速度検出素子をモノモルフ素子７７により構成した場合には、そのパターン形状をベタ塗りパターンで形成できるとともに、気密封止する必要がないため、比較的簡単に形成することができ、圧電センサ装置１の生産性向上に供することができる。
なお、図３５では、２つのモノモルフ素子７７を延出部５６の上下両面に被着しが、バイモルフ素子などの多層構造としても良い。
次にアンテナパターンを取り付けた圧力センサ装置について、図面に基づいて詳説する。
図３８はアンテナパターンを有する圧力センサ装置の断面図、図３９は当該圧力センサ装置に用いられるセンサ基板の上面を示す平面図である。
なお、本実施形態においては先に述べた図２６及び図２８の実施形態と異なる点についてのみ説明し、同様の構成要素については同一の参照符を用いて重複する説明を省略するものとする。
本実施形態の圧力センサ装置が先に述べた図２６及び図２８の圧力センサ装置と異なる点は、本実施形態の圧力センサ装置が、センサ基板１の上面にアンテナパターン８５を備えていることである。
このアンテナパターン８５は、発信回路６０から電力増幅器９６を介して出力される所定周波数の電気信号を、他の受信機器に無線送信するためのものである。
このアンテナパターン８５は、図３９に示すように、センサ基板１の上面の、センサ部１１の直上領域８８を除く領域に、蛇行状をなすように形成されている。
このアンテナパターン８５のパターン形成は、アルミニウムや銅箔等の金属材料を厚膜印刷等により形成している。ここで用いられるアンテナパターン８５のパターン線幅と膜厚は線幅約１００μｍ、膜厚約１０μｍ程度であり、また、パターン長さは、送信される周波数の波長の約λ／４又は約５λ／８に相当する長さをパターンの蛇行回数（長さ）を変えることにより形成している。
また、アンテナパターン８５の給電端を”８７”で示している。圧力センサ装置の側面には、給電端８７から延びる給電線８６が形成されている。給電線８６は、圧力センサ装置の側面に沿って、圧力センサ装置の支持基板６の内部配線パターン２４の一つに接続されている。
なお、支持基板６とセンサ基板１との間に、先述した圧力検出用弾性表面波素子２、電子部品素子５０、接続パッド５３及び電極パッド７を包囲するようにして、封止材４が介在されている。この封止材４は、樹脂を用いても良いが、外部からの不要なノイズを遮断するシールド効果を与え、同時に圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３との間の熱伝導を良好なものとするためには、封止材４は半田などの導電材料とすることが好ましい。
しかし、封止材４に導体材料を用いる場合、圧力センサ装置の側面に形成される給電線８６と封止材４間を絶縁する必要がある。このため、封止材４の外面に絶縁性樹脂等を形成して、封止材４と給電線８６の短絡を防止する。
本実施形態の圧力センサ装置においては、電子部品素子５０とアンテナパターン８５とが近接配置されるので、両者を接続する給電線８６を短くすることができる。このため、配線線８６による伝送損失の影響を極力排除して、発信回路６０より出力される電気信号を殆ど減衰させることなく伝送することができる。この結果、バッテリの消費電力を少なくできる。
また、アンテナパターン８５が、センサ部１１の直上領域８８を除くセンサ基板１の上面に蛇行状をなすように形成されていることから、アンテナ用基板を別に用意する必要もなく、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及びコストダウンに供することが可能となる。
なお、本実施形態においては、センサ基板１上面のアンテナパターン８５に、蛇行状のループ系アンテナを形成したが、これに変えて、ダイポール系アンテナ素子等を形成しても良い。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良が可能である。例えば、上述した実施形態においては、センサ基板に単結晶圧電材料を用いているが、これに代えて、多結晶圧電材料を用いても構わない。
−第１の実施形態−
図１は本発明の一実施形態に係る圧力センサ装置の断面図、図２は圧力センサ装置を構成する圧電基板１の下面に形成された弾性表面波素子２，３を示す斜視図である。
圧力センサ装置は、参照用弾性表面波素子３及び圧力検出用弾性表面波素子２を搭載したセンサ基板１、封止材４、並びに支持基板６で主構成されている。
前記参照用弾性表面波素子３及び圧力検出用弾性表面波素子２によってセンサ部１１を構成する。
前記センサ基板１は、その上面に凹部５を有しており、センサ基板１の下面には、凹部５の直下領域（以下、肉薄部という）に圧力検出用弾性表面波素子２が設けられ、肉薄部の以外の部分（以下、肉厚部という）に参照用弾性表面波素子３が設けられている。
センサ基板１は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの、圧電性を示す単結晶（以下、「圧電結晶」と称する。）から成る。センサ基板１の主面は、圧電結晶のインゴットを所定のカット角にて切断して形成している。
圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３は、所定の周波数で共振する弾性表面波（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ）型の共振子である。
圧力検出用弾性表面波素子２は、センサ基板１の表面に形成されたインターディジタルトランスデューサ（「ＩＤＴ」と略記する。）電極２ａと、ＩＤＴ２ａの弾性表面波の伝搬方向の両側に形成した反射器２ｂとから成る。ＩＤＴ２ａ及び反射器２ｂは、アルミニウ厶や金等の金属材料をスパッタや蒸着等の成膜工法によりセンサ基板１の表面に被着し、フォトリソグラフィー等の技術を使用して、２０００Å程度の厚みにてパターン形成することにより形成される。
参照用弾性表面波素子３も、圧力検出用弾性表面波素子２と同様に、センサ基板１の表面に形成されたＩＤＴ６ａと、ＩＤＴ６ａの弾性表面波の伝搬方向の両側に形成した反射器６ｂとから成る。その製造方法は、前記圧力検出用弾性表面波素子２の製法と同様である。
接合部８は、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３を取り囲むようにして、センサ基板１の表面に環状に形成されている。接合部８は、ＩＤＴ２ａ，６ａ及び反射器２ｂ，６ｂと同じ材料・工法により形成可能である。その表面にはＮｉメッキやＡｕメッキ等が施される。接合部８は、密着強度の向上のため膜厚を厚く形成しておくことが好ましい。
なお、図２に示される”７”は、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３にそれぞれ励振用の電源を供給するための電極パッドである。この電極パッド７の形成方法も、圧力検出用弾性表面波素子２、参照用弾性表面波素子３、接合部８と同じ材料・工法により形成可能である。
一方、支持基板６は、十分な強度を有し、外部からの圧力を受けても変形しにくいといった機械的特性が求められるので、例えば、ガラス−セラミックなどのセラミック材料を用いた多層回路基板等が好適に用いられる。
支持基板６は、例えば、配線パターンやビアホール導体となる導体ペーストが所定パターンを形成するように印刷・塗布されたグリーンシートを複数枚、積層・圧着させた上、これらを一体焼成することによって製作される。
支持基板６の上面には、センサ基板１の下面に形成された電極パッド７に、半田などの導電性接合材を介して電気的に接続される接続パッド（図示せず）と、センサ基板１の下面に形成された接合部８と対向する部位に形成されている。
センサ基板１の電極パッド７と支持基板６の接続パッドを接続する導電性接合材としては、例えば、半田や導電性樹脂等が用いられる。
外部からの圧力による肉薄部の変形を妨げないためには、センサ基板１下面の電極パッド７と支持基板６の上面の接続パッドとの接続は肉厚部で行うことが望ましい。もし、センサ基板下面の電極パッド７と支持基板６の上面の接続パッドとの接続を肉薄部で行う際は、この接続に使用する導電性接合材としては、変形が容易な導電性樹脂などを用いるのが望ましい。
また支持基板６の上面には、接合部８に封止材４を介して接合される接合部９が設けられている。
さらに、支持基板６とセンサ基板１との間に、先述した参照用弾性表面波素子３、圧力検出用弾性表面波素子２及び電極パッド７を包囲するようにして、封止材４が介在されている。この封止材４はスペーサとしての役目を果たす。
封止材４は、樹脂を用いてもよく、導電性材料を用いても良い。
封止材４として樹脂を用いる場合は、エポキシ樹脂等の封止性に優れた樹脂材料を用いるとよい。この場合、センサ基板１の下面や支持基板６の上面に接合部８，９等を設ける必要は必ずしもない。また、封止材４を樹脂材料によって形成する場合、その中に金属微粒子等の導電性フィラーを所定量添加して封止材４に導電性を付与した上、これを支持基板下面のグランド端子に電気的に接続させておくようにすれば、下に述べる実施形態と同様に、封止材４をシールド材として機能させることができ、封止空間内のセンサ部２を構成する弾性表面波素子を外部からのノイズに影響されにくくし、安定して動作させることが可能となる。
封止材４として導電性材料を用いる場合は、ハンダ若しくは高融点のロウ材であるＡｕＳｎなどを利用すればよい。特に、圧力センサ装置をマザーボード等に搭載する工程において、熱が印加された場合においても、接合部８が再溶融して特性が変化しないように、高融点のロウ材であるＡｕＳｎを用いるとよい。なお、ＡｕＳｎの他にはＡｕＳｉやＳｎＡｇＣｕ等を用いても同様の効果が得られるので、これらを採用してもかまわない
この封止材４を、参照用弾性表面波素子３、圧力検出用弾性表面波素子２を包囲するように枠体状に形成しておけば、その内側、具体的には、センサ基板１と支持基板６と封止材４とで囲まれる領域（封止空間Ｓという）内で、参照用弾性表面波素子３、圧力検出用弾性表面波素子２等を気密封止することができる。これによって封止空間Ｓ内に配置されるＩＤＴ電極等の酸化腐食等を有効に防止することができる。
さらに、封止材４を支持基板６のグランド端子に接続させておけば、圧力センサ装置の使用時、封止材４はグランド電位に保持されることとなるため、電磁的遮蔽性を高める効果を奏する。このシールド効果により、外部からの不要なノイズを、封止材４でもって良好に低減することができる。
さらに、封止材４に導体材料を用いることにより、シールド効果と併せて、支持基板６とセンサ基板１との間の熱伝導を良好なものとすることができるため、センサ基板１の温度の異常な上昇を低下させることができる。
また、センサ基板１と支持基板６と封止材４とで囲まれる空間Ｓ内には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを充填しておくことがより好ましい。これによって、ＩＤＴ電極等の酸化腐食をより効果的に防止することが可能となる。
ここで、圧力が印加されない状態において圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数が同じとなるように設計されている。
センサ基板１の肉薄部下面に形成された圧力検出用弾性表面波素子２は、外部からの圧力を受けると変形し、歪みが生じた部分の弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、圧力検出用弾性表面波素子２のＩＤＴの電極指の間隔も変化し、両者の作用によって共振周波数が変化する。よって、弾性表面波素子７ａの共振周波数の変化によって圧力の変化を検出することができる。
一般的に弾性表面波素子は所定の温度特性を有しており、その共振周波数は、温度変化によってドリフトする。
よって、温度変化によるドリフトの影響を取り除く必要があり、そのために参照用弾性表面波素子３が使用される。すなわち、参照用弾性表面波素子３が形成された部分は、厚みが厚いので外部からの圧力を受けても上述したような変形は起こりにくい。このため、その共振周波数は温度の変化のみに応じて変化することとなり、これを利用して圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数の変化データを補正し、温度変化による影響をほぼ取り除くことができる。
ここで、もし、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とが、別々の圧電基板に形成されているとすれば、両基板の温度の相違を考慮して共振周波数変化分を算出し、それを用いて温度変化による影響を取り除かなければならない。
これに対して、本実施形態の圧力センサ装置においては、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを同一のセンサ基板１に形成することにより、参照用弾性表面波素子３と圧力検出用弾性表面波素子２の「温度対共振周波数特性」を一致させている。従って、温度変化による両弾性表面波素子の共振周波数の変化量が等しくなり、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数と参照用弾性表面波素子３の共振周波数との差をとるたけで、温度変化による影響を殆ど取り除くことができる。このように、非常に簡便な構成及び方法で温度補償を実現することができる。
温度補償を実現するためには、例えば圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数に対応した周波数で発振する発振回路を構成する。これによって、圧力検出用弾性表面波素子２の圧力の変化を発振周波数の変化として検出することができる。また、参照用弾性表面波素子３も同様に、参照用弾性表面波素子３の共振周波数に対応した周波数で発振する他の発振回路に接続する。そして、これらの発振回路の両周波数の差に相当する周波数の信号を出力することによって、容易に温度変化による影響を殆ど取り除くことができる。
このような発振回路はＩＣチップ等の形態で、上述した支持基板６の上面、下面又は支持基板６の内部に搭載するようにしても良いし、支持基板６の外部に配置されるマザーボード上に搭載してもよい。
図３は、発振回路等を、支持基板６の下面に搭載した例を示す、圧力センサ装置の断面図である。
支持基板６の下面には、端子電極（図示せず）が設けられているとともに、後述する第１の発振回路、第２の発振回路、差分生成回路及び変調回路を集積したＩＣチップ１２が搭載され、さらに電力増幅器１５及びアンテナ１３が搭載され、さらに、これらを覆うように樹脂１４がモールド形成されている。
このように、第１の発振回路、第２の発振回路、差分生成回路及び変調回路を単一のＩＣチップ１２上に集積することにより、ＩＣチップ１２とセンサ基板１とを共通の支持基板６上に搭載することができる。このことによって、圧力センサ装置を軽量化し、小型化することができる。
次に、上述した圧力センサ装置の回路構成について図４を用いて説明する。
圧力検出用弾性表面波素子２は、その共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第１の発振回路６０ａと接続しており、かかる第１の発振回路６０ａからの発振信号を差分生成回路６０ｃに出力する。
また、参照用弾性表面波素子３は、その共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第２の発振回路６０ｂと接続しており、上述した圧力検出用弾性表面波素子２と同様に、第２の発振回路６０ｂからの発振信号を差分生成回路６０ｃに出力する。
差分生成回路６０ｃは、参照用弾性表面波素子３の共振周波数に基づく出力信号を、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数に基づく出力信号と比較するための混合素子（ミキサー）を含む。この差分生成回路６０ｃによって、双方の弾性表面波素子の共振周波数に基づく２つの発振信号の差分をとることによって変換信号を生成することにより、センサ基板１の上方より印加される外部からの圧力変動を検出するようになっている。
またこのとき、上述したように、圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３は同一のセンサ基板１上に形成されているので、共振周波数の温度依存性は、双方の弾性表面波素子の共振周波数に基づく２つの発振信号の差分をとったときにキャンセルされる。これによって容易に温度変化による影響を殆ど取り除くことができ、正味の圧力変化を検出することができる。
そして、差分生成回路６０ｃで生成された変換信号は、上述した第２の発振回路６０ｂからの発振信号を基準信号として変調回路によって変調され、得られた圧力変動データが、電力増幅回路により増幅されてアンテナを介して外部へ送信・出力されるようになっている。
このように、参照用弾性表面波素子３の共振周波数に基づく発振信号を、前記変換信号を変調するときの基準信号として用いたことから、基準信号を発生する発振回路を別に用意する必要がない。したがって、部品点数を少なくして構成及び組み立て工程を簡素化することができる。これにより、圧力センサ装置の生産性を高く維持することができるとともに、圧力センサ装置の軽量化及び小型化を図ることができる。
なお、前記図４の回路構成では、変換信号を取り出すには差分生成回路６０ｃを用いているが、第１の発振回路６０ａと第２の発振回路６０ｂと差分生成回路６０ｃとを、１つの差動型の発振回路で構成してもよい。
以下、本実施形態の圧力センサ装置の利点を述べる。
本実施形態の圧力センサ装置は、圧力検出用弾性表面波素子２を設けたセンサ基板１の厚みを、参照用弾性表面波素子３を形成した部分の厚みに比して全体的に薄くなしたことから、圧力を受けたときのセンサ基板１の変形量が大きくなり、圧力センサ装置として高い感度が得られることとなる。
さらに、本実施形態の圧力センサ装置においては、参照用弾性表面波素子３と圧力検出用弾性表面波素子２の温度特性を一致させることが可能となり、非常に簡便な構成及び方法で温度補償を実現することができる。
またさらに、参照用弾性表面波素子３及び圧力検出用弾性表面波素子２は、センサ基板１、支持基板６及び封止材４によって封止された空間Ｓの中に配置されることとなり、両素子及び両素子の電気的な接続部を外部環境より良好に保護することができ、圧力センサ装置の信頼性を飛躍的に向上させることができる。
なお、図１〜図３の実施形態において、圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域全域が肉薄部に位置するようにしたが、これに代えて、圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域の一部、例えば、ＩＤＴ電極２ａのみが肉薄部に位置するようにしたり、或いは、ＩＤＴ電極２ａと、反射器２ｂの一部とが、肉薄部に位置するようにしても構わない。
次に、上述した支持基板６とセンサ基板１とを接続する方法について説明する。
先ず、上面に接続パッド、接合部９を有する第１ウェハと、下面に圧力検出用弾性表面波素子２、参照用弾性表面波素子３、接合部８及び電極パッド７を有する第２ウェハとを準備する。ここで用いる第１ウェハは支持基板６の集合基板であり、第２ウェハはセンサ基板１の集合基板である。第２ウェハの厚みは２００〜３００μｍに設定される。第２ウェハには、個々の圧力センサ装置が形成されるセンサ基板１ごとに肉薄部を形成する。
この肉薄部の形成方法は、次の通りである。第２ウェハを、圧力検出用弾性表面波素子２等の電極形成面を下にして、ダイシングテープに貼り付け、この状態でエッチングまたは、サンドブラスト法により、圧力検出用弾性表面波素子２の直下に位置するセンサ基板１の厚みが他の領域よりも薄くなるように加工を行う。
次に、第１ウェハの接続パッドと第２ウェハの電極パッド７、及び第１ウェハの接合部９と第２ウェハの接合部８とを、それぞれ半田ペーストを介して仮接続する。本実施形態では、半田ペーストには、ＡｕＳｎ粉末を有機ビヒクル中に分散させたものを用いた。また、半田ペーストは、接続パッドや接合部９上に、従来周知のスクリーン印刷法等により塗布・形成する。
次に、第２ウェハの各電極パッド７及び接合部８を、第１ウェハの対応する各接続パッド及び接合部９と対向させる。
次に、第１ウェハ及び第２ウェハを加熱して半田ペーストを溶融させる。
このようにして、参照用弾性表面波素子３及び圧力検出用弾性表面波素子２が封止材４で囲繞されるとともに、第１ウェハの電極パッドが電極パッド７に電気的に接続される。
次に、ダイシングにより、第２ウェハのみを切断して、第２ウェハを複数個のセンサ基板１に分割させた後、隣接する圧電基板間の間隙を埋めるように、液状の樹脂を塗布し、熱硬化させる。なお、本実施形態においては、液状樹脂を塗布した際、間隙を効果的に埋める必要があるので、真空印刷を用いると良い。
そして、第１ウェハを、上述した樹脂とともにダイシング等により切断する。このようにして、支持基板６ごとに分割された、圧力センサ装置が製作されることとなる。前記樹脂は、厚みの薄いセンサ基板１の端面部を保護する保護材として機能する。
かくして構成した圧力センサ装置は、例えば、前述したような発信回路６０と接続し、これに差分生成回路、電力増幅器、電源及びアンテナを組み合わせることによって、自動車のタイヤに取り付けられてタイヤの空気圧の変化に応じて無線信号を送信出力するタイヤ状態監視装置（ＴＰＭＳ）として用いることができる。
次に、弾性表面波素子として、弾性表面波遅延線を用いた圧力センサ装置について図５、図６を用いて説明する。なお、本実施形態においては先に述べた図１及び図２の実施形態と異なる点についてのみ説明し、同様の構成要素については同一の参照符を用いて重複する説明を省略するものとする。
図５は、本実施形態の圧力センサ装置の断面図、図６は当該圧力センサ装置に用いるセンサ基板１を示す外観斜視図である。
本実施形態の圧力センサ装置が先に述べた図１、図２の圧力センサ装置と異なる点は、センサ基板１の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３が、弾性表面波遅延線として構成されていることである。
すなわち、圧力検出用弾性表面波素子２は、センサ基板１の表面に間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極２ａと、その間の弾性表面波の伝搬路２ｃとで構成されている。ここでセンサ基板１の肉薄部は圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域全域にわたって設けられている。
また、参照用弾性表面波素子３も同様に、弾性表面波遅延線のタイプである。すなわち、センサ基板１の下面に所定の間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極６ａと、その間の弾性表面波の伝搬路６ｃとで構成されている。
また、両弾性表面波素子２，３の弾性表面波の伝搬方向の両側には、弾性表面波を減衰させ、圧電基板の端部などで弾性表面波が反射するのを防止するために、シリコン樹脂などから成るダンピング材１７が形成されている。なお、センサ基板１の端部で反射する弾性表面波の強さが許容される程度のものであれば、必ずしもダンピング材１７を設ける必要はない。
センサ基板１に外部からの圧力が印加され、センサ基板１の肉薄部が変形すると、圧力検出用弾性表面波素子２において、弾性表面波の伝搬路の長さが変化すると同時に、歪みが生じた部分の弾性表面波の伝搬速度が変化し、両者の作用によって電気信号の遅延時間が変化するため、遅延時間の変化を検出することによって、先の実施形態の場合と同様に圧力の変化を検出することができる。
遅延時間の変化を検出するためには、例えば圧力検出用弾性表面波素子２の弾性表面波遅延線によって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を接続する。これによって、圧力の変化を発振周波数の変化として検出することができる。
また、参照用弾性表面波素子３も同様に、参照用弾性表面波素子３によって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を接続する。
この場合も、圧力検出用弾性表面波素子２及び参照用弾性表面波素子３が同一のセンサ基板１上に形成されているため、遅延時間の温度依存性は、双方の弾性表面波素子２，３の発振信号の差分をとることでキャンセルされ、温度補正をすることができる。
さらに上述した図５、図６の実施形態においては、圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域全域が肉薄部に位置するようにしたが、これに代えて、圧力検出用弾性表面波素子２の配設領域の一部、例えば、伝搬路２ｃのみが肉薄部に位置するようにしたり、或いは、伝搬路２ｃと、ＩＤＴ電極２ａの一部とが、肉薄部に位置するようにしても構わない。
発振回路は、ＩＣチップで実現し、上述した支持基板６の上面、下面又は支持基板６の内部に搭載するようにしても良いし、支持基板６の外部のマザーボード上に搭載してもよい。
図７は、発振回路等を支持基板６の下面に搭載した例を示す。
支持基板６の下面には、端子電極（図示せず）が設けられているとともに、第１の発振回路、第２の発振回路、差分生成回路及び変調回路を集積したＩＣチップ１２が搭載され、さらに電力増幅器１５が搭載され、さらに、これらを覆うように樹脂１４がモールド形成されている。
これらの第１の発振回路、第２の発振回路、差分生成回路及び変調回路等の機能は、図４を参照しながら説明したのと全く同様であり、ここでは改めて説明することは省略する。
以下、本発明の圧力センサ装置の他の構成例を説明する。
図８は、センサ基板１の下面において、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを一列状に配置させ、圧力検出用弾性表面波素子２の反射器２ｂと、圧力検出用弾性表面波素子３の反射器３ｂとを、双方の弾性表面波素子２，３の反射器として共用していた構造を示す図である。
この圧力センサ装置によれば、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とが両者間に位置する反射器２ｂ（３ｂ）を共用していることから、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを含むセンサ基板１の面積をより小さくすることができ、圧力センサ装置をより軽量化することができる。その結果、圧力センサ装置が例えばタイヤ内の空気圧を監視する目的で使用される際においても、タイヤの回転により発生する遠心力をより小さくすることができるので、タイヤ内部で圧力センサ装置の固定が外れ故障することを減少させることができる。
なお、図８には共用する反射器２ｂ（３ｂ）を凹部５の形成領域内と形成領域外とにまたがって形成した例を示しているが、共用する反射器２ｂ（３ｂ）全体を、凹部５の形成領域内に、あるいは凹部５の形成領域外に形成してもよい。
しかし、圧力センサ装置に外部からの圧力が加わった際に圧力検出用弾性表面波素子２が形成された領域を変形し易くし圧力センサ装置の感度を高めるという観点からは、共用する反射器２ｂ（３ｂ）全体を、凹部５の形成領域内に形成することが好ましい。
また、図９の斜視図で示すように、圧力検出用弾性表面波素子２のＩＤＴ電極２ａと参照用弾性表面波素子３のＩＤＴ電極６ａとの電極パッド７を共用してもよい。なおこの場合、電極パッドが１つ減少することから、工程を簡略化することができる。
図１０は、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３との間に弾性表面波の伝達を遮断もしくは弾性表面波の強度を低減せしめるダンピング材１６を配置した構造を示している。
本圧力センサ装置によれば、センサ基板１表面の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３との間に弾性表面波の伝達を遮断もしくは弾性表面波の強度を低減せしめるダンピング材１６を配置するようにしたことから、それぞれの弾性表面波の搬送波が同一ライン上を進行するように隣接配置して、圧力センサ装置を小型化した場合においても、互いの反射器で反射しきれなかったリークする搬送波が圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３との間に位置するダンピング材１６によって良好に吸収される。したがって、リークする搬送波と隣接する参照用弾性表面波素子２あるいは圧力検出用弾性表面波素子３の搬送波とが互いに干渉することは殆どなく、その結果、圧力測定を正確に行うことができる。
ダンピング材１６としては、樹脂や金属等の搬送波をダンピングできる材料であれば使用することが可能であり、好適にはシリコーンゴムに代表されるゴム等の弾力性を有する材料が用いられる。なお、ダンピング材の配置は、例えばダンピング材がシリコーンゴムである場合は、センサ基板１表面に従来周知のスクリーン印刷法を用いて印刷することによって行なわれる。
なお、ダンピング材１６は、隣接する反射器２ｂ、３ｂの間で、少なくとも一方の対向する端部の間から他方の対向する端部の間までの領域に連続して配置されていれば、リークする搬送波をダンピングする効果を得ることができる。また、ダンピング材１６の幅は、隣接する反射器２ｂ、３ｂの間隔により適宜決定され、通常は数μｍ〜数１０ｍｍ程度である。さらに、ダンピング材１６を支持基板６と接触するように形成することにより、リークする搬送波をよりダンピングする効果を得ることができる。
また、ダンピング材１６を、図１１（ａ）に示すように、圧力検出用弾性表面波素子２および参照用弾性表面波素子３をそれぞれ囲むように形成してもよい。さらに、図１１（ｂ）に示すように、圧力検出用弾性表面波素子２および参照用弾性表面波素子３を一つの大きなダンピング材１６で囲むと同時に、圧力検出用弾性表面波素子２および参照用弾性表面波素子３間にもダンピング材１６を配するように形成してもよい。この場合、ダンピング材１６を半田や導電性樹脂等の導体材料とすることにより、接合部８の機能を兼ねることができ、工程を増加することもない。
また、図１２に示すように、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを並列に配置した構成も採用することができる。すなわち、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とは、並列に、かつ、両素子２，３の弾性表面波の伝搬方向が平行になるように配置されている。
本発明の圧力センサ装置によれば、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを並列に配置したことから、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを同一基板上に形成し小型化したとしても、それぞれの弾性表面波が同一ライン上を進行することはないので、参照用弾性表面波素子２から生じる弾性表面波と圧力検出用弾性表面波素子３から生じる弾性表面波とが互いに干渉することはなく、その結果、圧力測定を正確に行うことができる。
なお、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とは、それぞれの弾性表面波の干渉を防止するという観点からは、弾性表面波の進行方向に両者の位置がずれて配置されていても構わないが、小型化という観点からは、図１２に示すように両者を横に並列に配置することが好ましい。
また、図１３に示すように、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを隣接して並列に配置した場合、両者の電極バッド７を共有して用いることにより、より小型化が可能となる。
また、さらに他の例として、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数とがそれぞれ異なる共振周波数となるように形成してもよい。
この場合、センサ基板１上の圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数と参照用弾性表面波素子３の共振周波数とをそれぞれ異ならせたことから、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とを同一基板上に接近させて形成し小型化したとしても、参照用弾性表面波素子３の搬送波と圧力検出用弾性表面波素子２の搬送波とが干渉することはないので、圧力測定を正確に行うことができる。
また、本発明の圧力センサ装置においては、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ２、反共振周波数をｆａ２、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３、反共振周波数をｆａ３としたときに、
ｆａ２＜ｆｒ３ （１）
または、
ｆａ３＜ｆｒ２ （２）
となるように、それぞれの周波数を設定してもよい。
図１４は、横軸は周波数（単位はＭＨｚ）、縦軸は挿入損失（単位はｄＢ）であり、圧力検出用弾性表面波素子２の共振特性の一例を点線で、参照用弾性表面波素子３の共振特性の一例を実線で示している。
圧力検出用弾性表面波素子２や参照用弾性表面波素子３の圧電体は、図１４のグラフで示すように、挿入損失が最小となる周波数である共振周波数（ｆｒ）と、挿入損失が最大となる周波数である反共振周波数（ｆａ）とを有しており、ｆｒ＜ｆａという関係を有している。従って式（１）、（２）は、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２から反共振周波数をｆａ２までの周波数帯域（ｆｒ２〜ｆａ２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３から反共振周波数ｆａ３までの周波数帯域（ｆｒ３〜ｆａ３）とが重なり合わないように、それぞれの共振周波数および反共振周波数を設定することを意味している。
圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２および反共振周波数ｆａ２と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数ｆｒ３および反共振周波数ｆａ３とが、式（１）または式（２）を満たさない場合、すなわち圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２から反共振周波数をｆａ２までの周波数帯域（ｆｒ２〜ｆａ２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３から反共振周波数ｆａ３までの周波数帯域（ｆｒ３〜ｆａ３）とが重なり合っていると、圧力検出用弾性表面波素子２のリークする弾性表面波がｆｒ３〜ｆａ３の周波数帯域にスプリアスとなって現れて、あるいは参照用弾性表面波素子３のリークする弾性表面波がｆｒ２〜ｆａ２の周波数帯域にスプリアスとなって現れて、圧力検出用弾性表面波素子２や参照用弾性表面波素子３の共振特性が乱れて正確な圧力測定が困難となることがある。
従って、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ２、反共振周波数をｆａ２、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３、反共振周波数をｆａ３としたときに、ｆａ２＜ｆｒ３、または、ｆａ３＜ｆｒ２となるように、それぞれの周波数を設定することが好ましい。
図１４は、共振周波数（ｆｒ３）が３１４．６８ＭＨｚ、反共振周波数（ｆａ３）が３１４．８２ＭＨｚである参照用弾性表面波素子３の共振特性を示している。この場合、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２を、参照用弾性表面波素子３の反共振周波数（ｆａ３＝３１４．８２ＭＨｚ）より高い周波数となるように設定すればよい。例えばセンサ基板１として水晶基板（ＳＴカット水晶、表面波音速Ｖ＝３１１０ｍ／ｓ、規格化膜厚（Ｈ／λ）＝２％ Ｈ：金属材料の電極膜厚（μｍ）λ：波長（μｍ））を用いた場合の圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の具体的な素子設計は、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数をｆｒ２＞３１４．８２ＭＨｚとすると、圧力検出用弾性表面波素子２の波長λ２＜９．８７９μｍ、ＩＤＴ電極の電極指幅Ｐ２＜２．４７０μｍとなる。また参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３＝３１４．６８ＭＨｚとすると、参照用弾性表面波素子３の波長λ３＝９．８８３μｍ、ＩＤＴ電極の電極指幅Ｐ２＝２．４７１μｍとなる。上記例ではｆａ３＜ｆｒ２の場合について説明したが、ｆａ２＜ｆｒ３の場合においても同様に圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２から反共振周波数をｆａ２までの周波数帯域（ｆｒ２〜ｆａ２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３から反共振周波数ｆａ３までの周波数帯域（ｆｒ３〜ｆａ３）とが重なり合わないように設定すればよい。
また、図１５はセンサ基板１として水晶基板を用いた場合の、弾性表面波素子の周波数温度特性を示すグラフである。なお、図１５において、横軸は温度（単位は℃）、縦軸は周波数の変化率（単位はｐｐｍ）である。
このグラフに示すような水晶基板に代表される周波数温度特性が２次曲線を示す単結晶圧電材料を用いる場合には、圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数（ｆｒ）差が大きくなると、圧力検出用弾性表面波素子２の周波数温度特性の頂点温度と参照用弾性表面波素子３の周波数温度特性の頂点温度との差が大きくなり正確な圧力測定が困難となるため、好ましくない。
一般的に頂点温度を有する単結晶圧電材料においては、単結晶圧電材料のカット角とＩＤＴ電極等を形成する金属材料の電極膜厚の規格化膜厚（Ｈ／λ）との関係により頂点温度が決定される。ここでＨは金属材料の電極膜厚（μｍ）、λは波長（μｍ）である。
ところが本発明のように圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数を異ならせた場合は圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３とではλが異なるので、金属材料の電極膜厚を同一とすると規格化膜厚（Ｈ／λ）が異なるため周波数温度特性の頂点温度も異なることとなる。この関係から圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の共振周波数の共振周波数差が大きくなると双方の規格化膜厚差も大きくなり、その結果として双方の周波数温度特性の頂点温度差も大きくなる。
よって、以上より本発明の圧力センサ装置における圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の形成に当たっては、圧力検出用弾性表面波素子２の共振周波数ｆｒ２から反共振周波数をｆａ２までの周波数帯域（ｆｒ２〜ｆａ２）と、参照用弾性表面波素子３の共振周波数をｆｒ３から反共振周波数ｆａ３までの周波数帯域（ｆｒ３〜ｆａ３）とが重なり合わないように、それぞれの共振周波数および反共振周波数を設定するとともに、水晶基板等の周波数温度特性が２次曲線を示す単結晶圧電材料を用いる場合には圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の頂点温度差が大きくずれない範囲となるように例えば、頂点温度差±５℃以内となるように形成するとよい。
ここで、頂点温度差が±５℃より大きくなると圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３の周波数温度変化が圧力測定時の測定誤差となるため好ましくない。よって双方の頂点温度差が±５℃を超える場合には双方の規格化膜厚（Ｈ／λ）が同一となるように、金属材料の電極膜厚Ｈをプラズマエッチング等の金属膜エッチング技術を用いてエッチング加工することにより、参照用弾性表面波素子３と圧力用弾性表面波素子２が同一の規格化膜厚（Ｈ／λ）となるようにすれば良い。
また、本実施形態においては、圧力検出用弾性表面波素子２をセンサ基板１の下面側に形成するようにしたが、これに代えて、圧力検出用弾性表面波素子２をセンサ基板１の上面側に形成するようにしても構わない。
−第２の実施形態−
以下、本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１６（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態にかかる圧力センサ装置を示す図であり、図１６（ａ）は上面図、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）は断面図である。
同図に示す圧力センサ装置は、センサ基板１０と、この上面に形成されたＩＤＴ電極２１および反射器２２からなる圧力検出用弾性表面波素子２０とを備えている。
センサ基板１０は、例えば、水晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶等の圧電性の単結晶、あるいはチタン酸鉛、ジルコン酸鉛等の圧電セラミックスから成り、圧力検出用弾性表面波素子２０を介してセンサ基板１０に電圧が印加されると、その一主面で所定の弾性表面波を発生させる作用をなす。
圧力検出用弾性表面波素子２０は、弾性表面波を励振するＩＤＴ電極２１、弾性表面波の伝搬方向に沿ってＩＤＴ電極２１の両側に配置される反射器２２、ＩＤＴ電極２１に電気的に接続される外部接続用のパッド電極２３等によって構成される。ＩＤＴ電極２１、反射器２２、パッド電極２３は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金等の金属材料から成る。
ＩＤＴ電極２１は、互いに平行に配置された帯状の共通電極と、これらの共通電極に対し直交する方向に延びる複数の電極指を有する一対の櫛歯状電極２１ａ、２１ｂとから構成されている。
ＩＤＴ電極２１は、外部から所定の電力が印加されると、センサ基板１０の上面に電極指の配列ピッチに対応した所定の弾性表面波、具体的には、電極指の配列ピッチを１／２波長とする弾性表面波を発生する作用をなす。
他方、反射器２２は、ＩＤＴ電極２１の形成領域内で発生する弾性表面波のエネルギーを一対の反射器２２ａ、２２ｂの間に閉じ込めて定在波を効果的に発生させる作用をなす。
また、ＩＤＴ電極２１と電気的に接続するように形成された電極パッド１０は、外部との電気的接続をなす金属細線やバンプが接合され、ＩＤＴ電極２１に外部からの所定の電圧を印加する機能を有する。
なお、参照用弾性表面波素子３０は、先に述べた圧力検出用弾性表面波素子２０と同様の構成を有する。
参照用弾性表面波素子３０は、圧力変動前後の共振周波数の変動がないように、圧力検出用弾性表面波素子２０から距離を隔てて配置されている。参照用弾性表面波素子３０は、圧力検出用弾性表面波素子２０と弾性表面波の伝搬方向が同一方向となるようにセンサ基板１０上にＩＤＴ電極３１、反射器３２が形成されたものである。
また、本実施形態の圧力センサ装置は、ＩＤＴ電極２１の直下に位置するセンサ基板１０の下面に、溝状の凹部４０，４０′が形成されて、この部分の厚みが他の領域よりも薄くなっている。
特に、図１６（ｂ）の凹部４０では、反射器２２の直下に位置するセンサ基板１０の厚みをＩＤＴ電極２１から離れるに従って漸次厚くしている。
また、図１６（ｃ）の凹部４０′では、センサ基板１０の厚みが、ＩＤＴ電極２１の直下と反射器２２の直下とにおいて、階段状に変化している。
このような圧力センサ装置は以下に述べる方法によって製作される。
まず、圧電単結晶の母基板（ウェハ）を用意し、これに蒸着法やスパッタリング法によってウェハ上に電極膜を形成する。次に、この電極膜上にレジストをスピンコートし、さらにステッパー装置等を用いて露光・現像した後に、ＲＩＥ装置等を用いてエッチングしてウェハ上にＩＤＴや反射器等の電極パターンを形成する。これによって、ウェハの表面の縦横に多数の圧力検出用弾性表面波素子２０、参照用弾性表面波素子３０が形成される。
次に、このウェハを弾性表面波素子の電極形成面を下にしてダイシングテープに貼り付け、この状態でエッチングまたは、サンドブラスト法により、ＩＤＴ電極２１の直下に位置するセンサ基板１０の厚みが他の領域よりも薄くなるように加工を行う。そしてしかる後、ウェハをダイシングカットすることにより、圧力センサ装置の個片が完成する。
なお、圧力センサ装置のチップサイズは、共振器の共振周波数によって異なるが、共振周波数３００ＭＨｚ程度で用いる場合、１０ｍｍ×５ｍｍ×０．３ｍｍ程度（長さ×幅×厚み）である。
また、センサ基板１０のＩＤＴ電極２１直下の厚みは、所望のセンサ感度と圧力検出用弾性表面波素子２０の共振周波数の関係で決まる。具体的には１０μｍ〜１００μｍの範囲に設定することが好ましい。厚みが１０μｍ以下であるとセンサ基板１０の強度が脆くなり、その部分から割れる等の不具合が発生する傾向がある。また、厚みが１００μｍ以上であると、圧力によるたわみ量が減少するため感度が劣化する傾向がある。
図１７は、図１６（ｂ）に示した本発明の圧力センサ装置を、支持基板６上に実装した状態を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は圧力センサ装置の上面図、（ｄ）は支持基板６の上面図である。なお、この圧力センサ装置は、参照用弾性表面波素子３０を描いていない。
図１７において、ＩＤＴ電極２１に接続されたパッド電極２３の先にはバンプ電極６１が形成されている。バンプ電極６１は、支持基板６上に形成されたバンプ電極６１と半田バンプ６２により電気的に接続される。
樹脂によりセンサ基板１０と支持基板６間は気密封止されている。なお、半田バンプ６２と樹脂間には樹脂の流入を防止するダムが形成されている。センサ基板１０と支持基板６間は大気圧に保持されて気密封止されている。
次に、図１７の圧力検出用弾性表面波素子２０について、その動作および実際の圧力測定方法について説明する。
図１８は実際の圧力測定系を模式的に示す図である。この図において、圧力センサ装置は、ガスチャンバー９０内で窒素ボンベ９１から注入される窒素により加圧される。そして、圧力計９２で圧力上昇を確認しながら、圧力検出用弾性表面波素子２０の共振周波数をネットワークアナライザ９３で測定する。
前記図１７の圧力センサ装置において、圧力変動前（大気圧状態）と変動後（加圧状態）の共振特性を図１９に示す。図１９（ｂ）の縦軸は挿入損失（ｄＢ）、横軸は周波数（ＭＨｚ）である。
なお、この実験では、共振器としてＲＫＥ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｋｅｙｌｅｓｓ Ｅｎｔｒｙ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ）用の弾性表面波共振器（共振周波数：３１５．０ＭＨｚ）を用いた。
ここで、図１９に示す点線の共振特性は圧力変動前（大気圧状態）であり、実線の共振特性は圧力変動後（加圧状態）である。
図１９からわかるように圧力変動前後の共振特性を比較すると圧力変動後（加圧状態）の共振特性は共振周波数が低周波側にシフトしている。これは圧力変動により、圧力検出用弾性表面波素子２０のＩＤＴ電極２１が凸状に変形したためである。すなわち、ＩＤＴ電極２１のピッチで決まる波長がＩＤＴ電極２１の変形により大きくなり、波長の逆数の関係にある共振周波数が低周波側にシフトしたことになる。
ここで共振周波数の変化量と圧力の関係を事前に求めておくことにより、共振周波数の変化を測定することで、圧力に換算することができる。
ここで、本発明の圧力センサ装置において利点は、図１９に実線で示す圧力検出用弾性表面波素子２０の圧力変動後（加圧状態）の共振特性において、共振周波数の挿入損失の劣化がないことである。
次に、センサ基板１０の厚みが、反射器２２の直下とそれ以外の部分とにおいて、階段状に変化した構造（図１６（ｃ））を持つ圧力センサ装置の、圧力変動前（大気圧状態）と変動後（加圧状態）の共振特性を図２０に示す。
図２０に示す点線の共振特性は圧力変動前（大気圧状態）であり、実線の共振特性は圧力変動後（加圧時）である。図２０に示されているように、圧力変動前後の共振特性を比較すると圧力変動後（加圧時）の共振特性は共振周波数が低周波側にシフトしている。これは圧力変動により、圧力検出用弾性表面波素子２０のＩＤＴ電極２１が凸状に変形したためである。すなわち、ＩＤＴ電極２１の間隔で決まる波長がＩＤＴ電極２１の変形により大きくなり、波長と逆数の関係にある共振周波数が低周波側にシフトしたことになる。
したがって、共振周波数の変化量と圧力の関係を事前に求めておくことにより、共振周波数の変化を測定することで、圧力に換算することができる。
そして本発明にかかる圧力センサにとって利点は、図２０に示すように圧力変動前後の共振周波数の変化量が大きいことである。
以上の実験結果より明らかなように、本発明の圧力センサ装置においては、圧力検出用弾性表面波素子２０のＩＤＴ電極２１直下に位置するセンサ基板１０の厚みを反射器２０の直下に位置するセンサ基板１０の厚みよりも薄くなしたことから、圧力変動によるＩＤＴ電極２１直下に位置するセンサ基板１０のたわみ量を大きくできるため圧力変動前後の共振周波数の変化量を大きくでき、感度の高い圧力センサを得ることができる。
とくに、センサ基板１０の厚みをＩＤＴ電極２１より離れるに従って漸次厚くすれば、圧力変動によるＩＤＴ電極２１の変形にその両側の反射器２２も追随するため、圧力変動により反射器２２の反射効率が低下することがないので圧力検出用弾性表面波素子２０内に弾性表面波のエネルギー閉じ込め効果の大きい損失の少ない共振特性を得ることができる。
なお、上述の実施形態においては、本発明を、一端子対を有する弾性表面波共振器に適用した例について説明したが、本発明と同様に弾性表面波のエネルギー閉じ込め効果を利用した設計手法を用いた共振器やフィルタ等に適用可能である。また本発明は、二端子対共振器や多重モードフィルタ等にも適用可能である。
−第３の実施形態−
以下、本発明の第３の実施形態に係る圧力センサ装置を図面に基づいて詳細に説明する。
図２１は圧力センサ装置の断面図、図２２は圧力センサ装置に用いられるセンサ基板１の下面を示す平面図、図２３は圧力センサ装置に用いられる支持基板６の上面を示す平面図である。
図２４は圧力センサ装置の発振回路及び差分生成回路の電気的構成を示す回路図である。
圧力センサ装置は、大略的に、センサ基板１と、支持基板６と、電子部品素子５０と、封止材４とで構成されている。
センサ基板１は、センサ基板１に印加される圧力に応じてセンサ部１１が変形し、圧力変動を検出するようになっている。
センサ基板１の下面には、センサ部１１、電極パッド７及びこの両者を接続する引出電極７１等が形成されている。また、センサ部１１、電極パッド７、引出電極７１の周囲には、これらを囲繞するようにして接合部８が設けられており、この接合部８に封止材４が接合される。
センサ基板１の材質としては、センサ部１１と一体的に形成することができ、外部からの圧力を受けると比較的容易に変形し得るものが好ましく、例えば、水晶、ニオブ酸リチウ厶、タンタル酸リチウム等の圧電材料が好適に使用される。
センサ部１１は、ＩＤＴ電極２ａと、ＩＤＴ電極２ａの弾性表面波の伝搬方向の両側に形成される一対の反射器電極２ｂとから成る弾性表面波共振子２で構成される。また、ＩＤＴ電極２ａは、引出電極７１を介して電極パッド７に接続されている。
ＩＤＴ電極２ａや反射器電極２ｂは、センサ基板１の表面に、例えば、アルミニウ厶や金等の金属材料を従来周知のスパッタリングや蒸着等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィー技術等を採用し、２０００Å程度の厚みにてパターン形成することによりが形成される。
また、電極パッド７や引出電極７１も、先に述べたＩＤＴ電極２ａ等と同様に、アルミニウムや金等の金属材料を薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等によってパターン形成することによって得られる。なお、電極パッド７については、下地に対する密着強度を向上させるために膜厚を厚く形成しておくことが好ましい。さらにその表面にＣｒ、Ｎｉ、Ａｕ等のメッキを施すことによって導電性接合材７０との接合性を良好なものとすることができる。
一方、支持基板６に求められる特性としては、外部からの圧力に対して変形することが殆どなく、十分な強度を有していることが重要であり、その材質としては、例えば、ガラス−セラミック材料などのセラミック材料を用いた多層回路基板等が用いられる。
かかる支持基板６の上面には、電子部品素子５０が搭載されるとともに、導電性接合剤７０を介して電極パッド７と接続される接続パッド５３が設けられている。なお、接続パッド５３は、支持基板６の表面または内部に形成された内部配線パターン２４の一部によって、前記電子部品素子５０と電気的に接続されている。したがって、このようにして弾性表面弾性波素子２と電子部品素子５０とが電気的に接続されることになる。
また、上述した電子部品素子５０及び接続パッド５３の周囲に、先に述べた接合部８と対向するようにして接合部９が設けられており、この接合部９に封止材４が接合される。よって、接合部８，９の内側に、センサ基板１の下面と、支持基板６の上面と封止材４で囲まれた封止空間Ｓを形成することができる。
さらに、支持基板６の下面には、複数個の外部端子電極２３が形成されており、これらの外部端子電極２３は、この圧力センサ装置を実装する外部回路基板の配線パターンに接続される。また、外部端子電極２３は、支持基板６の内部配線パターン２４やビアホール導体２５等を介して、支持基板６上面の電子部品素子５０や接続パッド５３等と電気的に接続されている。
また、導電性接合材７０は、例えば、半田や導電性ペーストなどから成り、センサ基板１の電極パッド７と支持基板６の接続パッド５３とを接続することで、弾性表面波素子２のＩＤＴ電極２ａと電子部品素子５０とを電気的に接続している。
支持基板６は、具体的には、接続パッド５３や外部端子電極２３、内部配線パターン２４、ビアホール導体２５となる導体ペーストが印刷・塗布されたグリーンシートを複数枚、積層・圧着させた上、これを一体焼成することによって製作される。
なお、接続パッド５３や外部端子電極２３の表面には必要に応じてＣｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ等のメッキを施すことが好ましい。これにより、接続パッド５３や外部端子電極２３の接合性を良好なものにすることができる。
上述したセンサ基板１と支持基板６との間に介在される封止材４は、例えば、樹脂や金属材料等から成り、弾性表面波素子２や電気部品素子５０を囲繞するようにして、センサ基板１の接合部８と支持基板６の接合部９とを接合する。これにより、センサ基板１と支持基板６と封止材４とで囲まれる封止空間Ｓ内に、ＩＤＴ電極２ａ、反射器電極２ｂ及び電子部品素子５０等を気密封止している。そして、このような封止空間Ｓの内部には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが充填され、これによって封止空間Ｓ内に配置されるＩＤＴ電極２ａ、反射器電極２ｂや電子部品素子５０等の酸化腐食等が有効に防止されることとなる。
なお、このような封止材４として、半田等の導体材料を用いる場合は、封止材４が接合される接合部８及び接合部９の部分に導電性の封止電極が形成されるので、封止電極を支持基板６の下面のグランド端子（外部回路基板のグランド電位の端子に接続される外部端子電極２３）に電気的に接続させておくようにすれば、圧力センサ装置の使用時、封止材４はグランド電位に保持されることとなるため、封止材４によるシールド効果が期待でき、外部からの不要なノイズを封止材４でもって良好に低減することができる。
また、封止材４として導電性樹脂を用いる場合も同様にグランド電位に保持されるようにすることでシールド効果が期待できる。
なお、接合部８に形成される封止電極の材質及び製法は、電極パッド７と同様とされ、接合部９に形成される封止電極の材質及び製法は接続パッド５３と同様とされる。
また、電子部品素子５０は、例えば、発振回路や差分生成回路等を集積したＩＣチップ５１や電力増幅器５２から構成される。
図２４は、発信回路６０の詳細な回路図である。かかる発信回路６０は、発振回路６０ａ，６０ｂ及び差分生成回路６０ｃを有して構成されている。かかる回路には、トランジスタ、抵抗、コイル、コンデンサ、弾性表面波素子２，３等が、発振周波数などの条件に応じて適宜配置される。
まず、発振回路６０ａは、弾性表面波素子２と、該弾性表面波素子２の出力信号に基づいて発振しえる発振条件を整える発振トランジスタ、コンデンサ、抵抗からなる発振段とから構成されている。
また、発振回路６０ｂは、弾性表面波素子３と、該弾性表面波素子３の出力信号に基づいて発振しえる発振条件を整える発振トランジスタ、コンデンサ、抵抗からなる発振段とから構成されている。
また、差分生成回路６０ｃは、例えばコンパレータ、演算手段、メモリ手段などが集積化されたものである。発振回路６０ａから得られる弾性表面波素子２の出力信号と、発振回路６０ｂから得られる弾性表面波素子３の出力信号とを、たとえばコンパレータにて比較・参照して、このデータを演算部に演算処理して、圧力検出信号を作成する。
さらに、演算部では、当該圧力検出信号を、外部に無線にて伝送するための搬送波に合成して、高周波信号を作成する機能も有している。
なお、上述の差分生成回路６０ｃでは、検出用弾性表面波素子２の出力信号と、参照用弾性表面波素子３の出力信号とを、コンパンレータを用いて比較しているが、検出用弾性表面波素子２の出力信号と参照用弾性表面波素子３の出力信号を、ミキサー及びバンドパスフィルタを用いて、これらの２つの出力信号に基づいて圧力検出信号を抽出しても構わない。
また、前記回路では、無線伝送を行うための搬送波を、圧力検出を行うための参照側の参照用弾性表面波素子３に基づいて作成しているが、この参照用弾性表面波素子３を含む発振回路以外に、搬送波作成用発振回路を別途設けても構わない。
以上のような本実施形態の圧力センサ装置は、センサ基板１に対して印加される外部からの圧力によって、センサ部１１、すなわち、弾性表面波素子２が変形する。その結果、歪みが生じた部分の圧電体の弾性定数が変化して弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波素子２のＩＤＴ電極２ａにおいて、図２５に示す電極指間隔ｄが変化して、それぞれの作用によって弾性表面波素子２の共振周波数が変化する。これにより、発振回路６０ａ、ｂの発振周波数も変化するため、センサ基板１に加わる圧力変動は最終的に発振周波数の変化として検出される。
ここで、本実施形態の圧力センサ装置においては、上述したように、センサ部１１及び電子部品素子５０がセンサ基板１、支持基板６及び封止材４にて囲まれる封止空間Ｓ内に配置されるようになっているため、外部環境の影響を受けることは殆どなく、信頼性を向上させることができる。
また、電子部品素子５０を搭載するためのスペースを封止空間Ｓの外側に別途確保する必要はないため、圧力センサ装置の全体構造を小型化することができ、しかも高密度実装及びコストダウンにも供することができる。
次に、上述した圧力センサ装置にアンテナ素子を付加した例を、図２６を用いて説明する。
同図に示す圧力センサ装置は、支持基板６上にアンテナ素子８１を搭載している。アンテナ素子８１は、半田付け等によって支持基板６上に実装される。
このアンテナ素子８１によって、発信回路６０より出力される所定周波数の高周波信号を、他の受信機器に無線電送することが可能となる。
アンテナ素子８１としては、例えば、誘電体セラミックなどを利用した表面実装型のチップアンテナが用いられる。
アンテナ素子８１は、図２４に示した発信回路６０の出力端６２に、電力増幅器５２を介して接続される。送信パワーが小さくてもよいときは、アンテナ素子８１を、発信回路６０の出力端６２に直接接続してもよい。
なお、アンテナ素子８１は、図２６に示すように、封止材４による封止空間Ｓの外側に配置させておくことが好ましい。これによって、アンテナ素子８１と、封止空間Ｓ内部の表面弾性波素子２や電子部品素子５０との電波干渉を避けることができ、高周波信号を殆ど減衰させることなく無線送信することが可能となる。
以上のような本実施形態の圧力センサ装置８０によれば、センサ部１１を構成する弾性表面波素子２や、それとともに発信回路６０等を構成する電子部品素子５０を外部環境より保護することによって信頼性を向上させることができるとともに、全体構造を小型化することが可能となる。
次に、弾性表面波素子２として、弾性表面波遅延線を用いた圧力センサ装置を、図２７を用いて説明する。図２７は、本実施形態の圧力センサ装置に用いられるセンサ基板１の下面を示す平面図である。
本実施形態の圧力センサ装置が、図２１，図２２に述べた圧力センサ装置と異なる点は、センサ部１１を構成する弾性表面波素子２が、センサ基板１の下面に間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極２ａと、その間の弾性表面波の伝搬路２ｃとで構成されていることである。
また、センサ基板１の下面で、弾性表面波素子２の両側、具体的には、弾性表面波の伝搬方向に係る両側には、弾性表面波を減衰させ、センサ基板１の端部で弾性表面波が反射するのを防止するために、シリコン樹脂などから成るダンピング材１７が形成されている。
このような弾性表面波遅延線を用いて、弾性表面波遅延線によって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を構成することができる。
センサ基板１に外部からの圧力が上方より印加され、センサ部１１を構成する弾性表面波素子２の弾性表面波の伝搬路２ｃに応力が加わると、伝搬路２ｃに歪みが生じてその部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波の伝搬路２ｃの長さが変化する。そして、それぞれの作用によって電気信号の遅延時間が変化し、これによって弾性表面波素子２と、それに接続される発振回路の発振周波数が変化する。よって、本実施形態における圧力センサ装置も、先に述べた圧力センサ装置と同様に圧力検出素子として機能する。
また、図２８に示すように、アンテナ素子８１の代わりに、例えばミアンダ状の導体パターンによって構成されるアンテナパターン８２を形成するようにしても良い。このようなアンテナパターン８２を用いる場合であっても、アンテナパターン８２は、無線送信の減衰を防ぐために封止材４による封止空間Ｓの外側に配置させておくことが好ましい。
なお、図２６から図２８の実施形態においては、アンテナ素子８１やアンテナパターン８２を支持基板６上に配置させるようにしたが、これらのアンテナをセンサ基板１に配置させても良いことは言うまでもない。
次に、支持基板６の上面に、電子部品素子５０の大きさに合わせて断面凹状のキャビティを形成し、このキャビティ内に電子部品素子５０の一部もしくは全体が埋設されるようにして電子部品素子５０を搭載した例を説明する。
図２９は、支持基板６に凹部８０ａを形成し、電子部品素子５０をその凹部８０ａに設置した実施形態を示す断面図である。
本実施形態によれば、電子部品素子５０を埋設する凹部８０ａが支持基板６の上面に設けられており、電子部品素子５０がその凹部８０ａの中に設置されている。
この構造によれば、電子部品素子５０が背の高い部品であっても、支持基板６の凹部８０ａ内に埋設されるから、センサ基板１を支持基板６上に搭載するにあたり、センサ基板１と支持基板６との間隔を、電子部品素子５０の厚みを考慮することなく比較的自由に設定して圧力センサ１の設計の自由度を上げることができる。また、組み立ての作業性を良好になして圧力センサ１の生産性を高く維持することができる。
さらに、センサ部１１が封止されている封止空間Ｓ内で電子部品素子５０も気密封止されるようになるため、電子部品素子５０が良好に保護される。
さらに、センサ部１１と電子部品素子５０とが近接配置されることによって両者を接続する配線部を短くすることができ、電磁的ノイズの影響を極力排除して、誤動作や測定精度の低下といった不具合の発生を有効に防止することができる。また、電子部品素子５０の搭載面（凹部８０ａの底面）が外部からの圧力変動によって変形することも殆どなく、電子部品素子５０を極めて安定した状態で実装させておくことができる。
なお、上述した実施形態においては電子部品素子５０が埋設される凹部８０ａを支持基板６の上面に設けるようにしたが、これに代えて、電子部品素子５０が埋設される凹部８０ａを支持基板６の下面に設けるようにしても良い。
さらに上述した実施形態においては、電子部品素子５０を凹部８０ａ内に完全に埋設させるようにしたが、これに代えて、電子部品素子５０の上部が凹部８０ａの開口部より一部突出する形で凹部８０ａ内に部分的に埋設させるようにしても構わない。
次に、今まで説明した圧力センサ装置に加速度センサを付加した、圧力センサ装置を図面に基づいて詳細に説明する。
図３０は、加速度センサ付き圧力センサ装置の断面図である。
これらの図に示す加速度センサ付き圧力センサ装置は、電子部品素子５０を搭載した支持基板６、センサ部１１及び加速度検出素子４１を搭載したセンサ基板１、封止材４等で主に構成されている。
この加速度センサ付き圧力センサ装置では、センサ基板１の一端側５６は、圧力検出領域よりも外側に延出されており、該延出部５６の下面に加速度検出素子４１が形成されている。
この加速度検出素子４１は、加速度Ｇの印加により、加速度検出素子４１が変形し加速度を検出するようになっている。
加速度検出素子４１は、例えば、圧力検出用弾性表面波素子２と同様に、ＩＤＴ電極２ａとその弾性表面波伝搬方向の両側に形成された一対の反射器とから構成されていてもよい。
図３１は弾性表面波共振子の構造を有する加速度検出素子４１を搭載した、センサ基板１の下面を示す平面図である。
ＩＤＴ電極２ａは、図３０，図３１に示すように、引出電極７２を介して電極パッド６７に接続されている。電極パッド６７は導電性接合材６９を介して、支持基板６上の接続パッド６８と電気的に接続している。電極パッド６７や引出電極７２は、先に述べた圧力検出用弾性表面波素子２の周囲に形成した電極パッド７や引出電極７１と同様に、アルミニウムや金等の金属材料を薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等によってパターン形成することによって得られる。
また、加速度検出素子４１の先端部に、錘７３を設けておくことにより、加速度Ｇの検出感度を向上させることができる。錘７３は、例えば金属やセラミック等からなる板や積層体を接着剤によって延出部５６の端部に接合することによって形成される。
また、加速度検出素子４１を上述のように弾性表面波素子により形成する場合、弾性表面波素子を気密封止するようにケース９７を設けておくことが好ましい。これによって、ＩＤＴ電極２ａの酸化腐食を防止することができる。
なお、延出部５６の短辺の幅ｗ２は任意に設定できる。延出部５６の短辺の幅ｗ２をセンサ基板１の圧力検出用弾性表面波素子２が形成されている部分の幅ｗ１よりも狭くしておけば、加速度の印加によって延出部５６が撓みやすくなり加速度の検出感度を向上させることができるという利点がある。また、延出部５６の短辺の幅ｗ２とセンサ基板１の圧力検出用弾性表面波素子２が形成されている部分の幅ｗ１とを同一にしておけば、延出部５６を形成するにあたってセンサ基板１を削るといった工程を省くことができ、圧力検出装置１の製造プロセスを簡略化することができるという利点がある。
以上のように、センサ基板１の少なくとも一端側を、支持基板６の上面より離間させた状態で外側に延出させるとともに、その延出部５６に加速度検出素子４１を形成したことから、加速度検出素子４１用の基板を別途用意する必要もなく、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
また、圧力検出用弾性表面波素子２と加速度検出素子４１とを同一の製造プロセスで形成することができるので、圧力センサ装置の生産性向上に供することができる。
図３２は、この加速度センサ付き圧力センサ装置の支持基板６の上面を示す平面図である。
支持基板６上の、枠状の接合部９が形成された部分の外部に、後述する加速度検出回路８６、給電制御回路８７、電力増幅器９６等を構成する回路素子や、アンテナ素子９５が搭載されている。
図３３は、発信回路６０、加速度検出素子４１を含む加速度検出回路８６、給電制御回路８７、電力増幅器９６、アンテナ素子９５等の相互の接続状態を示すブロック回路図である。
発信回路６０は、例えば、ＩＣ，トランジスタなどの能動部品や抵抗，コンデンサなどの受動部品等を含み、弾性表面波素子２と電気的に接続することによって所定周波数の電気信号を発信する。発信回路６０は、電力増幅器９６に接続されており、これによって、発信回路６０より出力される発信信号を増幅することができるようになる。
一方、加速度検出回路８６の検出出力は、給電制御回路８７に供給される。そして、給電制御回路８７を発信回路６０及び電力増幅器９６に接続して、電源８５から発信回路８０および電力増幅器９６への電力供給を給電制御回路８７で制御するようにしている。
アンテナ素子９５は、発信回路６０より出力され電力増幅器９６で増幅された所定周波数の電気信号を、他の受信機器に無線伝送することができる。したがって、アンテナ素子９５からの電波を受信した受信機器は、圧力センサ装置より離れた場所においても、圧力情報を得ることができる。かかるアンテナ素子９５としては、例えば、誘電体セラミック等を利用した表面実装型のチップアンテナ等が用いられ、半田付け等によって支持基板６上に実装されている。
なお、アンテナ素子９５をセンサ基板１の上面に形成する実施形態については、後に、図３８，図３９を参照して説明する。
図３４は、加速度検出回路８６及び給電制御回路８７の具体的回路構成を示す回路図である。加速度検出回路８６は、図３４に示す如く加速度検出素子４１、ダイオードからなる保護回路及び演算電力増幅器からなり、また給電制御回路８７は、コンデンサと抵抗からなるハイパスフィルタ、比較電圧源及び演算電力増幅器から構成されている。
次に、上述した加速度センサ付き圧力センサ装置を用いて加速度及び圧力を検出する際の動作について、図３３及び図３４の回路図を用いて説明する。なお、ここでは圧力センサ装置を車両のタイヤ内に内蔵した場合を想定して説明する。
まず加速度を検出する際の動作について説明する。車両が走行し始めるとタイヤの回転数が増加し、回転による加速度Ｇが発生する。この加速度Ｇが加速度検出素子４１に印加されると、延出部５６及び錘７３に作用する力によって加速度検出素子４１に曲げモーメントが作用し加速度検出素子４１が撓み、加速度検出素子４１が変形する。その結果、センサ基板１の歪みが生じた部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、加速度検出素子４１のＩＤＴ電極２ａの電極指配列ピッチｄ（図２５に示す。）が変化し、その両方の作用によって加速度検出素子４１の共振周波数が変化する。
すると、その変化量に比例した起電力が発生し、この起電力に基づいて加速度検出回路８６において加速度が検出されるとともに、共振周波数の変化又はインピーダンス変化に比例した制御信号が得られる。そして、この制御信号が給電制御回路８７に入力されると、制御信号のレベルが、一定の車速に対応する閾値を超えたときには、電池等の電源８５から発信回路６０及び電力増幅器９６へ電力が供給され、制御信号のレベルが閾値以下の場合には、電源８５から発信回路６０及び電力増幅器９６へ電力が供給されないようになる。
従って、車両が一定以上の速さで走行している場合にのみ、電力を供給することができる。これにより、圧力センサ装置の消費電力を有効に抑えることができ、電力増幅器の消費電力を抑えて、電源を長持ちさせることができるようになる。
なお、前記制御信号の閾値は、給電制御回路８７を構成する回路素子を適宜選択することにより任意に設定できる。
また、センサ基板１に形成された加速度検出素子４１を、間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極と、その間の弾性表面波の伝搬路とで構成される弾性表面波遅延線で構成してもよい。
このように弾性表面波遅延線を用いた場合、センサ基板１に加速度Ｇが印加されると、延出部５６及び錘７３に作用する力によってセンサ基板１に曲げモーメントが作用し加速度検出素子が撓み、弾性表面波素子が変形する。これによって、弾性表面波素子の弾性表面波の伝搬路に応力が加わって歪みが生じると、その部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波の伝搬路の長さが変化する。そして、その両方の作用によって電気信号の遅延時間が変化し、これによって発振回路の発振周波数が変化する。よって、弾性表面波遅延線で構成された加速度検出素子も、先に述べた実施形態における加速度検出素子４１と同様に、加速度検出素子として機能する。
なお、図３０の構成では、加速度検出素子４１を延出部５６の下面のみに形成したが、これに代えて、延出部５６の上下両面に加速度検出素子４１を形成するようにしても良い。この場合、延出部５６の上下両面に形成された２つの加速度検出素子４１の出力の差をとることにより、温度変化などの影響を補正することができるとともに、加速度検出素子４１の測定精度を向上させることが可能となる。
次に、本発明の加速度センサ付き圧力センサ装置の変形例について説明する。
図３５は本発明の加速度センサ付き圧力センサ装置の断面図、図３６はセンサ基板１の上面を示す平面図、図３７はセンサ基板１の下面を示す平面図である。なお、図３０に示した加速度センサ付き圧力センサ装置と同一の部品については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図３０の圧力センサ装置では、加速度検出素子を、延出部５６の片面に形成した弾性表面波共振子で構成していたが、図３５に示す圧力センサ装置では、これに代えて延出部５６の上下両面にそれぞれ形成された２つのモノモルフ素子７７で構成した。モノモルフ素子７７は、センサ基板１のバルク振動を利用するものであり、センサ基板１の延出部５６の上下両面に振動電極９８を被着することにより形成することができる。
前記振動電極９８には銀等の金属材料が用いられ、従来周知のスパッタリングや蒸着法等の成膜形成技術等により形成される。
このようなモノモルフ型の加速度検出素子は次のようにして加速度を検出する。まず、加速度Ｇが延出部５６及び錘７３に印加されると、センサ基板１が撓み、延出部５６に形成されたモノモルフ素子７７が変形する。このとき、モノモルフ素子の変形に応じた起電力が発生し、これによって加速度を検出することができる。
上述のように加速度検出素子をモノモルフ素子７７により構成した場合には、そのパターン形状をベタ塗りパターンで形成できるとともに、気密封止する必要がないため、比較的簡単に形成することができ、圧電センサ装置１の生産性向上に供することができる。
なお、図３５では、２つのモノモルフ素子７７を延出部５６の上下両面に被着しが、バイモルフ素子などの多層構造としても良い。
次にアンテナパターンを取り付けた圧力センサ装置について、図面に基づいて詳説する。
図３８はアンテナパターンを有する圧力センサ装置の断面図、図３９は当該圧力センサ装置に用いられるセンサ基板の上面を示す平面図である。
なお、本実施形態においては先に述べた図２６及び図２８の実施形態と異なる点についてのみ説明し、同様の構成要素については同一の参照符を用いて重複する説明を省略するものとする。
本実施形態の圧力センサ装置が先に述べた図２６及び図２８の圧力センサ装置と異なる点は、本実施形態の圧力センサ装置が、センサ基板１の上面にアンテナパターン８５を備えていることである。
このアンテナパターン８５は、発信回路６０から電力増幅器９６を介して出力される所定周波数の電気信号を、他の受信機器に無線送信するためのものである。
このアンテナパターン８５は、図３９に示すように、センサ基板１の上面の、センサ部１１の直上領域８８を除く領域に、蛇行状をなすように形成されている。
このアンテナパターン８５のパターン形成は、アルミニウムや銅箔等の金属材料を厚膜印刷等により形成している。ここで用いられるアンテナパターン８５のパターン線幅と膜厚は線幅約１００μｍ、膜厚約１０μｍ程度であり、また、パターン長さは、送信される周波数の波長の約λ／４又は約５λ／８に相当する長さをパターンの蛇行回数（長さ）を変えることにより形成している。
また、アンテナパターン８５の給電端を”８７”で示している。圧力センサ装置の側面には、給電端８７から延びる給電線８６が形成されている。給電線８６は、圧力センサ装置の側面に沿って、圧力センサ装置の支持基板６の内部配線パターン２４の一つに接続されている。
なお、支持基板６とセンサ基板１との間に、先述した圧力検出用弾性表面波素子２、電子部品素子５０、接続パッド５３及び電極パッド７を包囲するようにして、封止材４が介在されている。この封止材４は、樹脂を用いても良いが、外部からの不要なノイズを遮断するシールド効果を与え、同時に圧力検出用弾性表面波素子２と参照用弾性表面波素子３との間の熱伝導を良好なものとするためには、封止材４は半田などの導電材料とすることが好ましい。
しかし、封止材４に導体材料を用いる場合、圧力センサ装置の側面に形成される給電線８６と封止材４間を絶縁する必要がある。このため、封止材４の外面に絶縁性樹脂等を形成して、封止材４と給電線８６の短絡を防止する。
本実施形態の圧力センサ装置においては、電子部品素子５０とアンテナパターン８５とが近接配置されるので、両者を接続する給電線８６を短くすることができる。このため、配線線８６による伝送損失の影響を極力排除して、発信回路６０より出力される電気信号を殆ど減衰させることなく伝送することができる。この結果、バッテリの消費電力を少なくできる。
また、アンテナパターン８５が、センサ部１１の直上領域８８を除くセンサ基板１の上面に蛇行状をなすように形成されていることから、アンテナ用基板を別に用意する必要もなく、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及びコストダウンに供することが可能となる。
なお、本実施形態においては、センサ基板１上面のアンテナパターン８５に、蛇行状のループ系アンテナを形成したが、これに変えて、ダイポール系アンテナ素子等を形成しても良い。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良が可能である。例えば、上述した実施形態においては、センサ基板に単結晶圧電材料を用いているが、これに代えて、多結晶圧電材料を用いても構わない。
Claims (32)
- 支持基板と、
下面に圧力を検出するセンサ部が形成されたセンサ基板と、
前記支持基板の上面及び前記センサ基板の下面に接合され、かつ、前記両基板の間で前記センサ部を封止する封止空間を構成する封止材とを有してなることを特徴とする圧力センサ装置。 - 前記センサ部が、圧力検出用の弾性表面波素子から成ることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。
- 前記封止空間内に不活性ガスが充填されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記センサ基板が圧電材料から成り、センサ基板表面にＩＤＴ電極を形成して前記圧力検出用弾性表面波素子を構成したことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ装置。
- 前記センサ基板の下面で、前記封止材の内側に、前記センサ部に電気的に接続される電極パッドが設けられ、
前記支持基板の上面で、前記封止材の内側に、前記電極パッドに導電性接合材を介して電気的に接続される接続パッドが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧力センサ装置。 - 前記封止材は、導体材料から成り、かつ、支持基板に設けられるグランド端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記センサ基板の上面で、前記センサ部の上方に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記封止空間内で、前記凹部の形成領域外に位置するセンサ基板下面に、前記圧力検出用弾性表面波素子との間で出力信号を比較するための参照用弾性表面波素子が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサ装置。
- 前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第１の発振回路と、
前記参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数で発振する第２の発振回路と、
前記第１の発振回路からの発振信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを比較して変換信号を生成し出力する差分生成回路と、
前記差分生成回路からの変換信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを変調して外部に出力する変調回路と、を備えてなることを特徴とする請求項８に記載の圧力センサ装置。 - 前記圧力検出用弾性表面波素子で生じた電気信号の遅延時間に基づいて所定周波数で発振する第１の発振回路と、
前記参照用弾性表面波素子で生じた電気信号の遅延時間に基づいて所定周波数で発振する第２の発振回路と、
前記第１の発振回路からの発振信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを比較して変換信号を生成し出力する差分生成回路と、
前記差分生成回路からの変換信号と前記第２の発振回路からの発振信号とを変調して外部に出力する変調回路と、を備えてなることを特徴とする請求項８に記載の圧力センサ装置。 - 前記両素子を間に反射器を介して一列状に配置させるとともに、該反射器をその両側に配される双方の弾性表面波素子の反射器として共用せしめたことを特徴とする請求項９に記載の圧力センサ装置。
- 前記センサ基板上で前記両素子の間に、弾性表面波の伝達を遮断もしくは弾性表面波の強度を低減せしめるダンピング材を配置したことを特徴とする請求項９又は請求項１０のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記センサ基板上で前記両素子を、該両素子の弾性表面波の伝搬方向を平行に、かつ、弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に並べて配置させたことを特徴とする請求項９又は請求項１０のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数と前記参照用弾性表面波素子の共振周波数とを異ならせたことを特徴とする請求項９又は請求項１０のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記第１の発振回路、前記第２の発振回路、前記差分生成回路及び前記変調回路を有してＩＣチップが構成され、該ＩＣチップと前記両素子とが同一基板に搭載されていることを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記センサ基板が圧電材料から成り、
前記センサ部が、弾性表面波素子から成り、
前記反射器の直下に位置する前記センサ基板の厚みを、前記ＩＤＴ電極の近傍ではＩＤＴ電極の直下領域と略等しくなし、かつ前記ＩＤＴ電極より離れるに従って漸次厚くなしたことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ装置。 - 前記ＩＤＴ電極の直下に位置する前記センサ基板の厚みが前記反射器の直下に位置する前記センサ基板の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１６に記載の圧力センサ装置。
- 前記発振回路の一部を有した電子部品素子を前記支持基板に配置させてなることを特徴とする請求項９又は請求項１０のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記電子部品素子が前記支持基板の上面に搭載されていることを特徴とする請求項１８に記載の圧力センサ装置。
- 前記封止空間内で支持基板の上面もしくは支持基板の下面に凹部を形成し、該凹部内に、前記発振回路を有した電子部品素子を埋設してなることを特徴とする請求項１８に記載の圧力センサ装置。
- 前記凹部が支持基板の上面に形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の圧力センサ装置。
- 前記センサ基板と前記支持基板のうち、一方基板の一端側を、他方基板と離間させた状態で、延出させて延出部を形成し、該延出部に加速度を検出する加速度検出素子を設けたことを特徴とする請求項１８に記載の圧力センサ装置。
- 前記延出部が前記センサ基板に形成されていることを特徴とする請求項２２に記載の圧力センサ装置。
- 前記変換信号を変調回路で変調した信号を外部に発信する発信回路と、
前記加速度検出素子からの加速度検出信号に基づいて所定の電気信号を出力する加速度検出回路と、
前記発信回路に電力を供給する給電手段と、
前記給電手段から前記発信回路への電力供給を制御する給電制御回路とを含み、
前記給電制御回路は、前記加速度がしきい値を超えたかどうかに基づいて、給電手段からの電力供給を制御することを特徴とする請求項２２又は請求項２３のいずれかに記載の圧力センサ装置。 - 前記加速度検出素子が弾性表面波素子により形成されていることを特徴とする請求項２６から請求項２８のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 支持基板上面及び／またはセンサ基板下面に、前記電子部品素子に電気的に接続されるアンテナ素子が搭載されていることを特徴とする請求項１８から請求項２５のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記アンテナ素子が、前記封止空間の外側に搭載されていることを特徴とする請求項２６に記載の圧力センサ装置。
- 支持基板上面及び／またはセンサ基板下面に、前記電子部品素子に電気的に接続されるアンテナパターンが被着されていることを特徴とする請求項１８から請求項２５のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記アンテナパターンが前記封止空間の外側に搭載されていることを特徴とする請求項２８に記載の圧力センサ装置。
- センサ基板上面に、前記電子部品素子に電気的に接続されるアンテナパターンが被着されていることを特徴とする請求項１８から請求項２５のいずれかに記載の圧力センサ装置。
- 前記アンテナパターンが、前記圧力検出用弾性表面波素子の直上領域を除く領域に形成されていることを特徴とする請求項３０に記載の圧力センサ装置。
- 前記アンテナパターンが蛇行状であることを特徴とする請求項２８から請求項３１のいずれかに記載の圧力センサ装置。
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