圧力センサー素子、圧力センサー
【課題】加速度感度を低減した圧力センサー素子、圧力センサーを提供する。
【解決手段】パッケージ４４と、前記パッケージ４４の一面に設けられた第１ダイアフラム４６と、前記パッケージ４４の前記一面に対向する面に設けられた第２ダイアフラム４８と、前記パッケージ４４内部に配置された感圧素子３２と、を有し、前記感圧素子３２は、長手方向の一端に形成された第１基部３４と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部３８と、前記第１基部３４及び前記第２基部３８との間に形成された振動部３６と、を有し、前記長手方向が各ダイアフラムの変位の方向に対して垂直に配置され、前記第１基部３４は前記第１ダイアフラム４６に接続され、前記第２基部３８は前記第２ダイアフラム４８に接続されている。
【解決手段】パッケージ４４と、前記パッケージ４４の一面に設けられた第１ダイアフラム４６と、前記パッケージ４４の前記一面に対向する面に設けられた第２ダイアフラム４８と、前記パッケージ４４内部に配置された感圧素子３２と、を有し、前記感圧素子３２は、長手方向の一端に形成された第１基部３４と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部３８と、前記第１基部３４及び前記第２基部３８との間に形成された振動部３６と、を有し、前記長手方向が各ダイアフラムの変位の方向に対して垂直に配置され、前記第１基部３４は前記第１ダイアフラム４６に接続され、前記第２基部３８は前記第２ダイアフラム４８に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧素子、及びダイアフラムを用いた圧力センサー素子、及び圧力センサーに関し、特に圧力測定値の加速度変化による誤差を減少させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水圧計、気圧計、差圧計などとして圧電振動素子を感圧素子として使用した圧力センサーが知られている。前記圧電振動素子は、例えば、板状の圧電基板上に電極パターンが形成され、力の検出方向に検出軸を設定しており、前記検出軸の方向に圧力が加わると、前記圧電振動子の共振周波数が変化し、前記共振周波数の変化から圧力を検出する。
【０００３】
このような圧力センサーをより高精度にするための従来技術が開示されている。図１３は、特許文献１に開示された第１の従来技術に係る圧力センサー素子を示す。図１３に示すように圧力センサー素子２２０は、ダイアフラム２１２を有する圧力センサー２１０における前記ダイアフラム２１２に形成された対をなす支持部２１８に載置される圧力センサー素子２２０であって、前記圧力センサー素子２２０は前記支持部２１８に固定される２つの基部２２２と前記基部間に位置する振動部２２４とを有し、前記基部２２２の固定部から前記振動部２２４までの間に切欠き２２２ａ、２２２ｂを設けた構成が開示されている。これによりダイアフラム２１２による振動部２２４に対する曲げ変形、すなわち厚み方向の変位は前記切欠き２２２ａ、２２２ｂの形成箇所に集中するため、振動部２２４に対して作用する非線形的な力を抑制し、圧力センサー素子２２０の振動部２２４に対する悪影響を低減している。
【０００４】
また図１４は、特許文献２に開示された第２の従来技術に係る圧力センサー素子を示す。図１４（ａ）は正面から見た模式図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１４に示すように圧力センサー素子３２０は、感圧素子として圧電振動片３３０を搭載する圧力センサー素子３２０であって、可撓部となる薄肉部３２２の一方の面に、前記圧電振動片３３０を固定するための対を成す支持部３２４を有し、対を成す前記支持部３２４間に厚肉化するための突出部３２６を有する構成が開示されている。これにより支持部３２４間に形成した突出部３２６はその変形が抑制され、当該箇所が円弧状に変形するということを避けることができる。このため、圧力負荷による突出部３２６の変形により、支持部３２４間に位置する突出部３２６が圧電振動片３３０の振動部に接触することがなくなる。よって当該接触に伴う周波数変化量の検出精度、すなわち圧力検出の精度の劣化を抑制することができる。
【０００５】
さらに図１５は、特許文献３に開示された第３の従来技術に係る圧力センサー素子を示す。図１５に示すように圧力センサー素子は、振動腕４３４、４３５の両端に基部４３６、４３７を有する圧電振動片４３１と、前記両端の基部４３６、４３７の其々が接合された台座部４４４、４４５を有するとともに、周縁部４４２が固定されるようにした薄板状のダイアフラム４４０とを備えた圧力センサー素子であって、前記ダイアフラム４４０は、全体外形が略長方形又は略正方形に形成されており、前記台座部４４４、４４５は、前記ダイアフラム４４０の中央部４４０ｂを挟んだ両側に配置され、前記中央部４４０ｂに向かうに従って、その向かう方向と直交する幅方向の寸法を小さくするように形成された構成を有している。これにより、ダイアフラム４４０は中央部４４０ｂに向かうに従って撓みやすくなるため、圧力を受けた場合、中央部４４０ｂに向かうほど変位量が大きくなる。したがって、中央部４４０ｂを挟んで両側に配置された台座部４４４に基部４３６、４３７が接合された圧電振動片４３１は変形しやすくなるため、感度よく圧力を測定できる圧力センサー素子となる。
【０００６】
これらの圧力センサーの構成要素は、ダイアフラムの変位量を双音叉素子等の感圧素子に伝える構造であることから、受圧する被測定圧力に対する変位量が大きいほうが、より高い感度を得ることができる。
そして最近では、このように高精度化された構成要素を包含した圧力センサーを、自動車のＴＰＭＳ（Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やカーナビゲーション用高低差検出装置などに利用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３３４５２号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７９２２号公報
【特許文献３】特開２００８−２４１２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、自動車が走行中、特に高速道路などで高速走行しているとき、段差に乗り上げた瞬間等に加速度が生じ、圧力センサーのダイアフラムに被測定圧力を受圧したときの撓みに更に前記加速度による撓み分が付加されてしまうので、感圧素子の共振周波数に前記加速度に起因した余計な撓み分だけ変動が生じることにより、圧力センサーで検出される圧力検出値に誤差が生じてしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に着目し、高感度な圧力センサーであって、圧力センサーに生じる加速度による圧力検出値の誤差の発生を防止することを可能とする圧力センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］パッケージと、前記パッケージの一面に設けられた第１ダイアフラムと、前記パッケージの前記一面に対向する面に設けられた第２ダイアフラムと、前記パッケージ内部に配置された感圧素子と、を有し、前記感圧素子は、長手方向の一端に形成された第１基部と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部と、前記第１基部及び前記第２基部との間に形成された振動部と、を有し、前記長手方向が各ダイアフラムの変位の方向に対して垂直に配置され、前記第１基部は前記第１ダイアフラムに接続され、前記第２基部は前記第２ダイアフラムに接続されたことを特徴とする圧力センサー素子。
【００１１】
上記構成により、圧力センサー素子は第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムからの変位を感圧素子が力として受けることにより絶対圧を測定することができる。ここで第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムは外部から圧力を受けると、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムが互いに接近する方向に変位するため、感圧素子は第１基部及び第２基部が互いに離間する方向に変位して引張り応力をうけ、これにより圧力を検出することができる。
【００１２】
一方、圧力センサー素子が加速度を受けた場合、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムの変位方向が一致し第１基部及び第２基部の変位の方向はほぼ一致する。よって、これによる感圧素子への応力は殆どないため加速度に起因する圧力測定値の誤差を低減することができる。
【００１３】
［適用例２］力を受けて変位する第１層及び第２層と、前記第１層及び第２層の間に形成され前記変位を検出する感圧素子層と、を有する圧力センサー素子であって、前記感圧素子層は、前記変位を検出する振動部と、前記振動部の長手方向の一端に形成された第１基部と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部と、前記振動部、前記第１基部、及び前記第２基部を囲む感圧素子枠と、前記感圧素子枠と前記第１基部とを連結する第１連結部と、前記感圧素子枠と前記第２基部とを連結する第２連結部と、を有し、前記第１層は、前記感圧素子層に対向する面に形成された第１周縁部と、前記第１周縁部の内側に形成され、前記力を受けて変位する第１凹部と、前記第１凹部の前記第１基部に対向する位置に形成された第１凸部と、を有し、前記第２層は、前記感圧素子層に対向する面に形成された第２周縁部と、前記第２周縁部の内側に形成され、前記力を受けて変位する第２凹部と、前記第２凹部の前記第２基部に対向する位置に形成された第２凸部と、を有し、前記第１周縁部、前記感圧素子枠、前記第２周縁部の順に積層するとともに、前記第１基部は、前記第１凸部と接続され、前記第２基部は、前記第２凸部と接続されたことを特徴とする圧力センサー素子。
上記構成により、適用例１に係る圧力センサー素子を簡易な構成の部材を積層して量産することができる。
【００１４】
［適用例３］前記第１連結部及び前記第２連結部は、前記長手方向に対して垂直に延びる成分を有することを特徴とする適用例２に記載の圧力センサー素子。
これにより、第１連結部及び第２連結部がそれぞれ第１基部及び第２基部の動きを妨げることを抑制して圧力センサー素子の感度を向上させることができる。
【００１５】
［適用例４］前記第１層は、第１ダイアフラム層と第１支持部層との積層構造を有し、前記第２層は、第２支持部層と第２ダイアフラム層との積層構造を有し、前記第１支持部層は、第１支持部と、前記第１支持部を囲む第１支持部枠と、前記第１支持部枠から延出し前記第１支持部に接続する第１梁と、を有し、前記第１支持部は、前記第１ダイアフラム層と接続して前記第１凸部を形成し、前記第１支持部枠は、前記第１ダイアフラム層と接続して前記第１周縁部及び前記第１凹部を形成し、前記第２支持部層は、第２支持部と、前記第２支持部を囲む第２支持部枠と、前記第２支持部枠から延出し前記第２支持部に接続する第２梁と、を有し、前記第２支持部は、前記第２ダイアフラム層と接続して前記第２凸部を形成し、前記第２支持部枠は、前記第２ダイアフラム層と接続して前記第２周縁部及び前記第２凹部を形成することを特徴とする適用例２または３に記載の圧力センサー素子。
【００１６】
上記構成により、適用例２、３の場合より積層構造が複雑になるが、第１ダイアフラム層及び第２ダイアフラム層はフォトリソ・エッチング、サンドブラスト等により掘り込む工程が不要であるので、各ダイアフラム層においてフォトリソ・エッチングによるエッチパイプが形成され、またサンドブラストによるクラックや割れが形成されることを回避することができる。
【００１７】
［適用例５］前記第１梁及び前記第２梁は、前記長手方向に対して垂直に延びる成分を有することを特徴とする適用例４に記載の圧力センサー素子。
これにより、第１梁及び第２梁がそれぞれ第１支持部及び第２支持部の動きを妨げることを抑制して圧力センサー素子の感度を向上させることができる。
【００１８】
［適用例６］適用例１乃至５のいずれか１例に記載の圧力センサー素子と、前記圧力センサー素子を搭載する基板と、前記基板の前記圧力センサー素子の当接する位置に設けられ前記圧力センサーと前記基板との間に隙間を形成するバンプと、前記圧力センサー素子と電気的に接続され前記圧力センサーを駆動する駆動回路と、を有することを特徴とする圧力センサー。
【００１９】
これにより、圧力センサー素子と基板との間に隙間が形成されているため、基板に対向するダイアフラムの圧力に対する応答が劣化したり、加速度による基板側への変位が妨げられるのを防ぐことができる圧力センサーとなる。
【００２０】
［適用例７］適用例１乃至５のいずれか１例に記載の圧力センサー素子と、前記圧力センサー素子を搭載する基板と、前記圧力センサー素子と電気的に接続され前記圧力センサーを駆動する駆動回路と、を有し、前記圧力センサー素子は、前記圧力センサー素子の側面のいずれか一面を前記基板に接着したことを特徴とする圧力センサー。
【００２１】
これにより、第１ダイアフラム層及び第２ダイアフラム層は圧力測定において基板から干渉をうけることはなく。圧力測定値の加速度による誤差を低減し、かつ低背化した圧力センサーとなる。
【００２２】
［適用例８］前記駆動回路は前記圧力センサー素子とワイヤーボンディングにより電気的に接続されたことを特徴とする適用例６または７に記載の圧力センサー。
これにより、駆動回路や圧力センサー素子の基板上での配置の自由度が向上する。
【００２３】
［適用例９］前記駆動回路は前記圧力センサー素子と前記バンプを介して電気的に接続されたことを特徴とする適用例７に記載の圧力センサー。
これにより、実装に必要な面積及び体積を削減することができるので小型化した圧力センサーを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサー素子の模式図である。
【図２】第１実施形態に係る圧力センサー素子の積層構造を示す図である。
【図３】第１実施形態を構成する第１連結部、第２連結部の模式図である。
【図４】第１実施形態を構成する第１連結部、第２連結部の模式図である。
【図５】比較例となる圧力センサーの動作を示す図である。
【図６】第１実施形態に圧力センサーの動作を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る圧力センサー素子の積層構造を示す図である。
【図８】第２実施形態を構成する第１梁、第２梁の模式図である。
【図９】第２実施形態を構成する第１梁、第２梁の模式図である。
【図１０】第３実施形態に係る圧力センサーの模式図である。
【図１１】第４実施形態に係る圧力センサーの模式図である。
【図１２】感圧素子の変形例を示す模式図である。
【図１３】第１の従来技術に係る圧力センサー用圧電振動片の模式図である。
【図１４】第２の従来技術に係る圧力センサー用のダイアフラムの模式図である。
【図１５】第３の従来技術に係る圧力センサー用の感圧素子の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２６】
第１実施形態に係る圧力センサー素子を図１に示す。図１（ａ）は真上（ＸＹ平面）からみた模式図、図１（ｂ）は正面（ＸＺ平面）から見た模式図である。第１実施形態に係る圧力センサー素子１０は、パッケージ４４と、前記パッケージ４４の一面に設けられた第１ダイアフラム４６と、前記パッケージ４４の前記一面に対向する面に設けられた第２ダイアフラム４８と、前記パッケージ４４内部に配置された感圧素子３２と、を有し、前記感圧素子３２は、長手方向の一端に形成された第１基部３４と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部３８と、前記第１基部３４及び前記第２基部３８との間に形成された振動部３６と、を有し、前記長手方向が各ダイアフラムの変位の方向に対して垂直に配置され、前記第１基部３４は前記第１ダイアフラム４６に接続され、前記第２基部３８は前記第２ダイアフラム４８に接続された構成を有し、真空を基準として絶対圧を測定するものである。なお図１を含む以下の図については直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を用いる。
【００２７】
パッケージ４４は、±Ｘ方向を長辺とし、±Ｙ方向を短辺とする矩形の筐体であり、±Ｚ方向に向く面を外部からの圧力をうける受圧面とし、内部を真空に封止して後述の感圧素子３２等を収容するものである。これにより圧力センサー素子１０は、感圧素子３２のＱ値を高め、安定した共振周波数を確保することができるので、圧力センサー素子１０の長期安定性を確保することができる。またパッケージ４４は中心線Ｃを基準として線対称な形状を有している。
【００２８】
パッケージ４４の一面（−Ｚ方向側の面）には第１ダイアフラム４６が形成され、パッケージ４４の一面に対向する面（＋Ｚ方向側の面）に第２ダイアフラム４８が形成されている。パッケージ４４、第１ダイアフラム４６、第２ダイアフラム４８は中心線Ｃを基準として線対称な形状を有している。第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８はパッケージ４４の一部を薄肉にした態様で形成され、外部から圧力を受けるとパッケージ４４の内側に向けて撓み変形しつつ変位する。なお第１ダイアフラム４６は外部からの圧力により＋Ｚ方向に変位し、第２ダイアフラム４８の場合は−Ｚ方向に変位するため、圧力による変位の方向は互いに反対方向となるが平行な関係を有している。そして第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８は同一の圧力に対して同一の変位量を有するものとする。
【００２９】
また第１ダイアフラム４６のパッケージ４４内側には第１支持部５０が形成され、第２ダイアフラム４８のパッケージ４４内側には第２支持部５２が形成されている。そして、第１支持部５０及び第２支持部５２は互いに同一の寸法を有するものであり、中心線Ｃからの第１支持部（−Ｘ方向）までの距離、及び中心線から第２支持部（＋Ｘ方向）までの距離が共に等しくなるように配置されている。
【００３０】
感圧素子３２は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料を用い、双音叉型圧電振動子、シングルビーム型圧電振動子、ＳＡＷ共振子、厚みすべり振動子等として形成されたものである。感圧素子３２は、中心線Ｃを基準として線対称な形状を有し、その長手方向が第１ダイアフラム４６、第２ダイアフラム４８の変位方向に対して垂直（±Ｘ方向）となるように配置し、その長手方向を検出軸としている。そして感圧素子３２は、長手方向の一端にある第１基部３４が第１支持部５０に固定され、第１基部３４の振動部３６を挟んだ反対側にある第２基部３８が第２支持部５２に固定されている。 よって感圧素子３２は第１支持部５０を介して第１ダイアフラム４６に接続され、第２支持部５２を介して第２ダイアフラム４８に接続される。したがって第１支持部５０及び第２支持部５２が互いに接近する方向に変位すると振動部３６は圧縮応力を受け、逆に互いに離れる方向に変位すると振動部３６は伸長応力を受けることになる。
【００３１】
感圧素子３２は発振回路（不図示）と電気的に接続され、発振回路（不図示）から供給される交流電圧により、固有の共振周波数で振動するものである。特に本実施形態で用いられている双音叉型圧電振動片は、厚みすべり振動子などに比べて、伸長・圧縮応力に対する共振周波数の変化が極めて大きく共振周波数の可変幅が大きいので、わずかな圧力差を検出するような分解能力に優れる圧力センサーにおいては好適である。双音叉型圧電振動子は、伸長応力を受けると振動部３６の振幅幅が小さくなるので共振周波数が高くなり、圧縮応力を受けると振動部３６の振幅幅が大きくなるので共振周波数は低くなる。なお、双音叉型圧電振動子の圧電基板としては温度特性に優れた水晶が望ましい。
【００３２】
図２に第１実施形態に係る圧力センサー素子の積層構造を示す。上記構成を有する圧力センサー素子１０は第１層１２、感圧素子層２８、第２層２０による積層構造を有し、これらはいずれも水晶等の圧電材料を用い、各層を同一材料で形成することが好適である。なお、第１層１２、感圧素子層２８、第２層２０はフォトリソ・エッチング加工により形成可能であり、さらに第１層１２及び第２層２０はサンドブラストによって形成することも可能である。
【００３３】
第１層１２は、一定の厚みを有する矩形の板に第１周縁部１４、第１凹部１６、第１凸部１８を形成したものであり、同様に第２層２０は、一定の厚みを有する矩形の板に第２周縁部２２、第２凹部２４、第２凸部２６を形成したものである。
【００３４】
また感圧素子層２８は、感圧素子枠３０、感圧素子３２（第１基部３４、振動部３６、第２基部３８）、第１連結部４０、第２連結部４２を有する。ここで第１周縁部１４、感圧素子枠３０、第２周縁部２２の内周の寸法は全て同じとなるように設計されている。
【００３５】
よって、第１周縁部１４、感圧素子枠３０、第２周縁部２２の順に積層することによりパッケージ４４の側面が形成され、第１凹部１６が第１ダイアフラム４６を包含するパッケージ４４の−Ｚ方向側の面となり、第２凹部２４が第２ダイアフラム４８を包含するパッケージ４４の＋Ｚ方向側の面となる。そして第１凸部１８は第１基部３４と接続することにより第１支持部５０となり、第２凸部２６は第２基部３８と接続することにより第２支持部５２となる。
【００３６】
そして、感圧素子枠３０が感圧素子３２を保持するため、感圧素子層２８には感圧素子枠３０から延出され第１基部３４に接続する第１連結部４０と、感圧素子枠３０から延出され第２基部３８に接続する第２連結部４２を有する。
【００３７】
第１連結部４０及び第２連結部４２は、感圧素子３２等に比べて充分細い幅を有するとともに、感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して垂直に延びる成分を有する。これにより、第１基部３４及び第２基部３８が長手方向に変位した場合、第１連結部４０及び第２連結部４２において、長手方向に垂直な成分が長手方向に屈曲することが可能となるので、第１基部３４及び第２基部３８の長手方向への動きを妨げることを低減することができる。そして、第１連結部４０及び第２連結部４２は図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ａ）〜（ｄ）に示すようにいくつかの形態をとることができる。図３（ａ）のように第１連結部４０及び第２連結部４２を感圧素子枠３０の長辺３０ａの内側から延出させ波型の形状とすることにより両者にバネ性を持たせている。これにより第１連結部４０及び第２連結部４２に応力が集中することを回避して破壊限界点を高めることができる。図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｌ字型またはコの字型とすることにより、第１連結部４０及び第２連結部４２の長手方向（±Ｘ方向）に垂直（±Ｙ方向）な成分が直角に折れた位置において長手方向に屈曲可能となる。なお、図２に示すように第１連結部４０及び第２連結部４２は、感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して垂直な方向（±Ｙ方向）に延びる棒状に形成してもよい。
【００３８】
さらに図３（ｄ）に示すように、第１連結部４０及び第２連結部４２を感圧素子枠３０内側のコーナーから斜め方向に延出させ、それぞれ第１基部３４、第２基部３８に接続する構成とすることができる。さらにこの状態で第１連結部４０及び第２連結部４２を図３（ａ）に示すように波型にしても良い。このような形状とすることで第１基部３４及び第２基部３８にバネ性を持たせることができ、第１連結部４０及び第２連結部４２に応力が集中しないので破壊限界点を高めることができる。
【００３９】
また図４（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｌ字型またはコの字型の第１連結部４０及び第２連結部４２を感圧素子枠３０の短辺３０ｂの内側から延出させそれぞれ第１基部３４、第２基部３８に接続した構成とすることができる。これにより第１基部３４及び第２基部３８との接続箇所を減らし、感圧素子３２の感度劣化を防止できる。この場合、図４（ｃ）（図４（ａ）に対応）、（ｄ）（図４（ｂ）に対応）に示すように、第１連結部４０及び第２連結部４２を２本ずつ設けることにより感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して対称性を持たせて一方への偏りをなくしてバランスを保つようにしても良い。さらに図３（ｂ）、（ｃ）、及び図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合は、フォトリソ・エッチング加工におけるマスクが作りやすいため、安定量産が可能となる。このように第１連結部４０及び第２連結部４２は複数の形態をとることができるが、第１基部３４及び第２基部３８の動きやすさに差が生じないように、中心線Ｃを基準とした線対称な関係を有している。
【００４０】
なお、振動部３６に形成された励振電極（不図示）と接続した引き出し電極（不図示）が第１連結部４０または第２連結部４２に形成され、引き出し電極（不図示）は感圧素子枠３０に延長され外部に露出した構成を有している。よって感圧素子３２はパッケージ外部にある発振回路（不図示）と電気的に接続可能であり、発振回路（不図示）からの交流電圧を受けて感圧素子３２の振動部３６は所定の共振周波数で振動することができる。
【００４１】
組み立て手順としては（図２参照）、まず第１層１２の上に感圧素子層２８を積層する。このとき第１周縁部１４の上面と、感圧素子枠３０の下面とを接着し、第１凸部１８の頂面と第１基部３４の下面とを接着する。
【００４２】
次に、第１層１２上に積層された感圧素子２８の上に第２層２０を積層する。このとき感圧素子枠３０の上面と第２周縁部２２の下面とを接着し、第２凸部２６の頂面と第２基部３８の上面とを接着する。このとき第２層２０の上面であって第２凸部２６に対向する位置に錘（不図示）を載せて、第２凸部２６と第２基部３８とを接合すると、第２基部３８を保持する第２連結部４２が錘（不図示）の荷重に対して抗力を発生させるため、第２凸部２６と第２基部３８との密着性が増し、その接合度が向上する。
【００４３】
各層の接着においては低融点ガラスを用いた接合方法、アルコキシド、オルガノシノキシ基などを含む接合部材を用い、当該接合部材に紫外線等のエネルギー線を照射することにより活性化させて接合する方法、金錫合金等の共晶合金による被膜を接合部材に用いた共晶接合方法などを用いてもよい。もちろん後述の固相接合を用いてもよい。
【００４４】
このように、第１層１２、感圧素子層２８、第２層２０の順に積層したのち、例えば第１層１２の第１周縁部１４、感圧素子層２８の感圧素子枠３０、第２層２０の第２周縁部２２のいずれかの側面から形成した封止孔（不図示）から真空引きして封止孔（不図示）を封止することにより圧力センサー素子１０が形成される。
【００４５】
上記構成のもと、第１実施形態に係る圧力センサー素子１０の動作について図５、図６を用いて述べる。まず図５において、比較例として、従来技術と同様の構成を有し、絶対圧を測定する圧力センサー素子における感圧素子に対する加速度に伴う応力について述べる。なお、図５、図６において各ダイアフラムの圧力や加速度による撓み変形は極僅かであるが、理解しやすいように強調して描いている。
【００４６】
比較例に係る絶対圧を測定する圧力センサー素子６０は、図５（ａ）に示すように、パッケージ６２とパッケージ６２の一面に形成されたダイアフラム６４と、パッケージ６２内部に真空封止された感圧素子６６とを有し、感圧素子６６は長手方向に第１基部６８、振動部７０、第２基部７２を有し、前記長手方向が前記ダイアフラム６４の変位方向（±Ｚ方向）と垂直（±Ｘ方向）になるように配置され、第１基部６８がダイアフラム６４の内側に形成された第１支持部７４に接続され、第２基部７２がダイアフラム６４内側に形成された第２支持部７６に接続された構成である。そして従来技術で述べたように、ダイアフラム６４の法線を鉛直方向（±Ｚ方向）に向けて自動車等に搭載し、その自動車等が段差に乗り上げた場合、圧力センサー素子６０には図５（ａ）に示すように、−Ｚ方向の加速度、＋Ｚ方向の加速度が掛かることになる。
【００４７】
図５（ｂ）に示すように、圧力センサー素子６０に−Ｚ方向の加速度Ｇが掛かった場合、ダイアフラム６４は−Ｚ方向に撓み変形して変位する。よって第１支持部７４は−Ｚ方向に変位するとともに、第１基部６８に対してほぼ−Ｘ方向に力ｆ１を与えることになる。また、第２支持部７６は−Ｚ方向に変位するとともに、第２基部７２に対してほぼ＋Ｘ方向に力ｆ１を与えることになる。よって振動部７０は両端から引張り応力を受け共振周波数が高くなる。
【００４８】
一方、図５（ｃ）に示すように、＋Ｚ方向の加速度Ｇが掛かった場合、ダイアフラム６４は＋Ｚ方向に撓み変形して変位する。よって第１支持部７４は＋Ｚ方向に変位するとともに、第１基部６８に対してほぼ＋Ｘ方向の力ｆ２を与えることになる。また、第２支持部７６は＋Ｚ方向に変位するとともに、第２基部７２に対してほぼ−Ｘ方向の力ｆ２を与えることになる。よって振動部７０は両端から圧縮応力を受け共振周波数が低くなる。
【００４９】
このように加速度が受ける方向により感圧素子６６の振動部７０の受ける力の方向が変化するため、本願発明者は、以下の図に示すように、第１基部３４に生じる力と、第２基部３８に生じる力とが相殺するようにすれば、圧力センサー素子１０に付加される加速度による余計な撓み分により生じる共振周波数の変動をキャンセルできることに想到した。
【００５０】
図６に第１実施形態に係る圧力センサー素子の圧力及び加速度を受けた場合の動作を示す。図６（ａ）は圧力センサー素子の圧力及び加速度を受けていない場合の模式図、図６（ｂ）は圧力Ｐを受けた場合の模式図、図６（ｃ）は加速度Ｇを受けた場合の模式図である。
【００５１】
図６（ｂ）に示すように、圧力センサー素子１０に圧力Ｐが掛かった場合、第１ダイアフラム４６は＋Ｚ方向に変位し、第２ダイアフラム４８は−Ｚ方向に変位する。よって第１支持部５０は＋Ｚ方向に変位するととともに、第１基部３４に対してほぼ＋Ｘ方向の力ｆ１を与え、第２支持部５２は−Ｚ方向に変位するととともに、第２基部３８に対してほぼ−Ｘ方向の力ｆ１を与えることになる。よって振動部３６は両端から力ｆ１を受け、引張り応力を受けて発振周波数が高くなることにより圧力を検知することができる。
【００５２】
一方、図６（ｃ）に示すように、圧力センサー素子１０に−Ｚ方向から加速度Ｇが掛かった場合、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムは−Ｚ方向に変位する。よって第１支持部５０は−Ｚ方向に変位するとともに、第１基部３４に対してほぼ−Ｘ方向の力ｆ２を与えることになる。一方、第２支持部５２は−Ｚ方向に変位するとともに、第２基部３８に対してほぼ−Ｘ方向の力ｆ１を与えることになる。ここで第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８の圧力に対する特性は同一である。また第１支持部５０及び第２支持部５２は同一寸法であり感圧素子３２も中心線Ｃを基準として線対称な形状を有する。そして圧力センサー素子１０を反転させると第１支持部５０及び第２支持部５２の位置が互いに重なり、第１基部３４及び第２基部３８の位置が互いに重るため、中心Ｏ（図６（ａ）参照）を基準として１８０度の回転対称性を有する。したがって上記ｆ１及びｆ２の大きさは互いにほぼ等しくなるため、振動部３６の一方の基部である第１基部３４に対して引張り応力が生じても、他方の基部である第２基部３８に対しては圧縮応力が生じる、即ち、それぞれの基部には、互いに異なる応力が生じることにより、それぞれに発生する応力は互いに相殺されることになるので、結果的に振動部３６は結果的に引っ張り応力も圧縮応力も生じることはなく、加速度に起因した共振周波数の変動は発生することはない。そして加速度Ｇが逆方向に掛かったとしても圧力センサー素子１０には上述のように前記中心Ｏを基準とした１８０度の対称性があるため同様に加速度に起因する共振周波数の変動は発生することはない。
【００５３】
第１実施形態に係る圧力センサー素子１０の感度を向上させるためには第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８の板厚を薄くして各ダイアフラムの変位量を増加させる必要がある。しかし第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８は、それぞれ第１凹部１６及び第２凹部２４により形成された薄肉の領域と、感圧素子３２を支持する第１凸部１８（第１支持部５０）、第２凸部２６（第２支持部５２）などの厚肉の領域とが一体で構成されていることから、厚肉で平板状の基板を用い、薄肉の領域を形成するための掘り込み作業が必要となる。しかしながら上記ダイアフラムは、この掘り込み加工をする際に、以下のような問題が発生する虞がある。
【００５４】
まず、上記ダイアフラムが水晶基板で形成されている場合、通常フォトリソ・エッチング、またはサンドブラストによって掘り込み加工が行われる。上記ダイアフラムをフォトリソ・エッチングにて掘り込み加工をする際に、水晶基板の有する結晶歪みに起因したエッチパイプ（エッチチャンネル、エッチチューブ、エッチトンネルともいう）と称される針状の細孔が形成されることがある。そして上述の上記ダイアフラムを包含する圧力センサー素子は、このエッチパイプが上記ダイアフラムの薄肉の領域に形成されることにより圧力センサー素子１０の内部と外気とが貫通してしまうと、圧力センサー素子１０内が気密に封止されず、絶対圧検出に必要な真空状態を保持できない虞がある。一方、サンドブラストによって上述の掘り込み加工をする際に、サンドブラストにおける高圧吹き付けによって、上記ダイアフラムの薄肉の領域にクラックや割れなどが発生し、上記ダイアフラムが破損する虞がある。
【００５５】
したがって、圧力センサー素子はこれらの問題を回避するために、ダイアフラムの薄肉の領域の板厚を、これらの問題が発生する厚みより厚く設定する必要がある。これにより第１実施形態に係る圧力センサー素子１０においては、第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８の薄肉の領域の板厚のさらなる薄型化によって各ダイアフラムの変位量を増やし、より高い感度を得ることが、各ダイアフラムの構成に起因する加工上の制約から極めて困難であるという問題を有している。そこで第２実施形態においては上記問題を解決する構成について述べる。
【００５６】
第２実施形態に係る圧力センサー素子８０の積層構造を図７に示す。第２実施形態に係る圧力センサー素子８０は水晶等を材料として用い、第１ダイアフラム層８２、第１支持部層８４、感圧素子層２８、第２支持部層９２、第２ダイアフラム層１００の順に５層で積層した構成を有している。なお第１実施形態における第１層１２は第１ダイアフラム層８２と第１支持部層８４を積層した構成に相当し、第２層２０は第２支持部層９２と第２ダイアフラム層１００を積層した構成に相当し、感圧素子層２８は第１実施形態と共通する。
【００５７】
第１ダイアフラム層８２及び第２ダイアフラム層１００は、水晶で形成された矩形の板材である。第１ダイアフラム層８２及び第２ダイアフラム層１００は、水晶原石から切り出された水晶素板（不図示）をラップ研磨により所定の厚みになるまで研磨し、鏡面研磨を行って平坦度を高め、更に、前記水晶基板の表面に残留している応力の緩和や加工痕等の加工変質層を除去するために希フッ酸等により前記水晶基板の表面をエッチングすることにより形成される。よって水晶素板（不図示）そのものをエッチングや、サンドブラストにより掘り込む工程はないので、第１実施形態で述べたようなエッチパイプやクラック、割れなどを発生させることなく薄肉の板材を容易に形成することができる。
【００５８】
第１支持部層８４は、第１支持部８６と、第１支持部８６を囲む第１支持部枠８８と、第１支持部枠８８から延出し第１支持部８６に接続する第１梁９０とを有する。そして第１支持部８６は、第１ダイアフラム層８２と接続して第１実施形態に係る第１凸部１８を形成し、第１支持部枠８８は、第１ダイアフラム層８２と接続して第１実施形態に係る第１周縁部１４及び第１凹部１６を形成する。また第１ダイアフラム層８２は、第１支持部層８４と接続することにより第１実施形態に係る第１ダイアフラム４６を形成する。
【００５９】
第２支持部層９２は、第２支持部９４と、第２支持部９４を囲む第２支持部枠９６と、第２支持部枠９６から延出し第２支持部９４に接続する第２梁９８とを有する。そして第２支持部９４は、第２ダイアフラム層１００と接続して第１実施形態に係る第２凸部２６を形成し、第２支持部枠９６は、第２ダイアフラム層１００と接続して第１実施形態に係る第２周縁部２２及び第２凹部２４を形成する。また第２ダイアフラム層１００は、第２支持部層９２と接続することにより第１実施形態に係る第２ダイアフラム４８を形成する。
【００６０】
第１梁９０及び第２梁９８は、第１連結部４０及び第２連結部４２と同様に感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して垂直に延びる成分を有する。これにより、第１支持部８６及び第２支持部９４が長手方向に変位した場合、第１梁９０及び第２梁９８において、長手方向に垂直な成分が長手方向に屈曲することが可能となるので、第１支持部８６及び第２支持部９４の長手方向への動きを妨げることを低減することができる。そして、第１支持部８６及び第２支持部９４は、第１連結部４０及び第２連結部４２と同様に図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｄ）に示すようにいくつかの形態をとることができる。図８（ａ）のように第１梁９０及び第２梁９８をそれぞれ第１支持部枠８８、第２支持部枠９６の長辺８８ａ、９６ａの内側から延出させ波型の形状とすることにより両者にバネ性を持たせている。これにより第１梁９０及び第２梁９８に応力が集中することを回避して破壊限界点を高めることができる。図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｌ字型またはコの字型とすることにより、第１梁９０及び第２梁９８の感圧素子３２の長手方向に垂直な成分が直角に折れた位置を軸として長手方向に屈曲可能となる。
【００６１】
さらに図８（ｄ）に示すように、第１梁９０及び第２梁９８をそれぞれ第１支持部枠８８内側、第２支持部枠９６内側のコーナーから斜め方向に延出させ、それぞれ第１支持部８６、第２支持部９４に接続する構成とすることができる。さらにこの状態で第１梁９０及び第２梁９８を図８（ａ）に示すように波型にしても良い。このような形状とすることで第１梁９０及び第２梁９８にバネ性を持たせることができ、第１梁９０及び第２梁９８に応力が集中しないので破壊限界点を高めることができる。
【００６２】
また図９（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｌ字型またはコの字型の第１梁９０及び第２梁９８をそれぞれ第１支持部枠８８、第２支持部枠９６の短辺８８ｂ、９６ｂの内側から延出させそれぞれ第１支持部８６、第２支持部９４に接続した構成とすることができる。これにより第１支持部８６及び第２支持部９４との接続箇所を減らし、感圧素子３２の感度劣化を防止できる。この場合、図９（ｃ）（図９（ａ）に対応）、（ｄ）（図９（ｂ）に対応）に示すように、第１梁９０及び第２梁９８を２本ずつ設けることにより、感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して対称性を持たせて一方への偏りを無くしてバランスを保つようにしても良い。さらに図８（ｂ）、（ｃ）、及び図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合は、フォトリソ・エッチング加工におけるマスクが作りやすいため、安定量産が可能となる。このように第１梁９０及び第２梁９８は複数の形態をとることができるが、第１支持部８８及び第２支持部９４の動きやすさに差が生じないように、中心線Ｃを基準とした線対称な関係を有している。
【００６３】
第２実施形態に係る圧力センサー素子８０の組み立ては、まず第１ダイアフラム層８２と第１支持部層８４、第２支持部層９２と第２ダイアフラム層１００をそれぞれ固相接合により接続する。
【００６４】
ここで固相接合とは、接着剤を用いずに固相同士を接合する方法をいい、本実施形態において具体的には、直接接合、メタル接合、陽極接合等が挙げられる。直接接合は、平坦性が確保された水晶基板の接合面に酸などの化学薬品を用いて表面をわずかに酸化させて薄い酸化膜を形成し、同時に表面に水酸基を付着させる親水化処理を行い、親水化処理された接合面同士を当接させて相対する水酸基同士を水素結合により結合させ、その後の熱処理により水酸基を水の形態で系外に排出することにより行われるもの等があり、接合面において直接接合による新たな接合膜は形成されない。
【００６５】
メタル接合は平坦性が確保された両方の接合面に厚さ０．１μｍ程度のＡｕ膜等の金属膜をスパッタ等により形成し、両方の金属膜の表面をプラズマ照射により活性化させ、活性化された金属膜表面同士を当接させ、加熱加圧して活性化された金属原子が当接面から互いに拡散して当接した膜同士が一体化することにより接合させるものであり、接合後は０．２μｍ程度の金属膜による接合膜が形成される。
【００６６】
陽極接合は、接合界面にある金属が酸化されるという化学反応により成立し、水晶基板とガラス部材との陽極接合では、平坦性の確保された水晶部材の接合面にアルミニウムなどの金属膜をスパッタなどにより形成し、形成した金属膜の表面に平坦性の確保されたガラス部材の接合面を当接させる。ここで、一般には、ガラス部材中にはナトリウム等の金属イオンが含まれているため、ガラス部材の接合面近傍には接合に必要な金属が存在し、陽極接合を可能としている。陽極接合させるときには、金属膜を陽極とし、ガラス部材の接合面に対向する面に陰極を配置し、これらの間に電界を印加する。このことにより、ガラスに含まれているナトリウムなどの金属イオンが陰極側に移動し、これに伴い、接合面の近傍では、酸素イオンの量が増加し、電気的二重層が形成された状態となる。この結果、接合界面においてガラス部材に接触している金属膜が酸化され、両者が接合した状態が得られ、接合後は０．１μｍ程度の接合膜が形成される。
【００６７】
これらの接合は導電性ペーストに比べて遥かに少ない接合面積で充分な接合強度が得られ、本実施形態においては接合幅が１００μｍ〜３００μｍ程度でウェハ同士を充分な接合強度で接合できる。
【００６８】
このとき第１支持部８６と第１ダイアフラム層８２、第２支持部９４と第２ダイアフラム層１００は固相接合により接合するが、第１支持部８６、第２支持部９４の変位を妨げないように、第１梁９０及び第２梁９８は、それぞれ第１ダイアフラム層８２、第２ダイアフラム層１００には接合させない。
【００６９】
次に第１支持部枠８８の上面と感圧素子枠３０の下面とを接着し、第１支持部８６の上面と第１基部３４の下面とを接着する。そして感圧素子枠３０の上面と第２支持部枠９６の下面とを接着し、第２基部３８の上面と第２支持部９４の下面とを接着する。
【００７０】
この接着においては低融点ガラスを用いた接合方法、アルコキシド、オルガノシノキシ基などを含む接合部材を用い、当該接合部材に紫外線等のエネルギー線を照射することにより活性化させて接合する方法、金錫合金等の共晶合金による被膜を接合部材に用いた共晶接合方法などを用いてもよい。もちろん上述の固相接合を用いてもよい。
【００７１】
また上述の第１ダイアフラム層８２と第１支持部層８４、第２ダイアフラム層１００と第２支持部層９２との接合において、第１ダイアフラム層８２と第１支持部８６、第２ダイアフラム層１００と第２支持部９４をそれぞれ固相接合で接合し、他の部分を上述の接着方法により接着してもよい。
【００７２】
このように、第１ダイアフラム層８２、第１支持部層８４、感圧素子層２８、第２支持部層９２、第２ダイアフラム層１００の順に積層したのち、例えば第１支持部層８４の第１支持部枠８８、感圧素子層２８の感圧素子枠３０、第２支持部層９２の第２支持部枠９６のいずれかの側面に形成された封止孔（不図示）から真空引きして封止孔（不図示）を封止することにより圧力センサー素子８０が形成される。
【００７３】
このように第２実施形態においては、第１実施形態より積層構造が複雑になるが、第１ダイアフラム層８２及び第２ダイアフラム層１００はフォトリソ・エッチング、サンドブラスト等により掘り込む工程が不要であるので、各ダイアフラム層においてフォトリソ・エッチングに起因したエッチパイプが形成されたり、またサンドブラストに起因したクラックや割れが形成されることを回避することができる。
【００７４】
第１実施形態に係る圧力センサー素子１０、第２実施形態に係る圧力センサー素子８０はそれぞれ圧力センサー用の基板に実装することによって圧力センサーとなる。
【００７５】
第３実施形態に係る圧力センサー１１０を図１０（ａ）、（ｂ）示す。第３実施形態に係る圧力センサー１１０は、図１０（ａ）に示すように、前記圧力センサー素子１０、８０を搭載する基板１１２と、前記基板１１２の前記圧力センサー素子１０、８０の当接する位置に設けられ前記圧力センサー素子１０、８０と前記基板１１２との間に隙間を形成するバンプ１１４と、前記圧力センサー素子１０、８０と電気的に接続され前記圧力センサー素子１０、８０を駆動する駆動回路１１６と、を有しており、前記駆動回路１１６は前記圧力センサー素子１０、８０とＡｕ等で形成されたワイヤー線１１８によるワイヤーボンディングにより電気的に接続された構成である。
【００７６】
圧力センサー素子１０、８０は感圧素子層２８の感圧素子枠３０の一部に張り出し部３０ｃを有しており、この張り出し部３０ｃの上面に感圧素子３２の励振電極（不図示）に接続した引き出し電極（不図示）が引き出されているものとする。一方基板１１２上には駆動回路１１６が搭載され基板１１２上に駆動回路１１６に接続する接続電極１２０が設けられている。基板１１２上に設けられたバンプ１１４は、一定の高さを有し圧力センサー素子１０、８０の基板１１２に対向する第１層１２（第１ダイアフラム層８２）の角に対応した位置に４つ配置されている。圧力センサー素子１０、８０は第１層１２（第１ダイアフラム層８２）側を基板側に向け、バンプ１１４に圧力センサー素子１０、８０を押し付けた状態で、バンプ１１４に高周波を当てることにより圧力センサー素子１０、８０をバンプ１１４を介して基板１１２に固定する。さらに引き出し電極（不図示）と接続電極１２０とをワイヤー線によるワイヤーボンディングにより接続する。これにより駆動回路１１６は感圧素子３２と電気的に接続される。そしてワイヤーボンディングにより駆動回路１１６と圧力センサー素子１０、８０とを電気的に接続するため駆動回路１１６、及び圧力センサー素子１０、８０の基板１１２上の配置の自由度が向上する。さらに圧力センサー素子１０、８０と基板１１２はバンプ１１４を介して接続され、圧力センサー素子１０、８０と基板１１２との間には隙間１２２が形成されるため、基板１１２に対向する第１層１２（第１ダイアフラム層８２）の圧力に対する応答が劣化したり、加速度による基板１１２側への変位が妨げられるのを防ぐことができる圧力センサー１１０となる。
【００７７】
また、図１０（ｂ）に示すように、引き出し電極は第１層１２（第１ダイアフラム層８２）側に引き出され、基板１１２上であって引き出し電極と対向する位置に接続電極１２０と接続した導体のバンプ１１４を配置し、バンプ１１４に圧力センサー素子１０、８０を押し付けた状態で、バンプ１１４に高周波を当てることにより圧力センサー素子１０、８０をバンプ１１４を介して基板１１２に固定するとともに、駆動回路１１６と圧力センサー素子１０、８０とを電気的に接続する構成としてもよい。これにより、基板１１４上で実装に必要な面積及び体積を削減することができるので小型化した圧力センサー１１０を構築できる。
【００７８】
第４実施形態に係る圧力センサーを図１１（ａ）、（ｂ）に示す。第４実施形態に係る圧力センサー１３０は、図１１（ａ）に示すように、第１実施形態、第２実施形態に係る圧力センサー素子１０、８０と、前記圧力センサー素子１０、８０を搭載する基板１３２と、前記圧力センサー素子１０、８０と電気的に接続され前記圧力センサー１０、８０を駆動する駆動回路１３４と、を有し、前記圧力センサー素子１０、８０は、
前記圧力センサー素子１０、８０の側面のいずれか一面を前記基板１３２に接着した構成である。
【００７９】
圧力センサー素子１０、８０を搭載する基板１３２は、圧力センサー素子１０、８０の外形（ＸＹ面）に倣った形状に形成され圧力センサー素子１０、８０を嵌め込む貫通孔１３２ａを有し、この貫通孔１３２ａに圧力センサー素子１０、８０を嵌め込んで接着剤等により接着する形となっている。この場合、圧力センサー素子１０、８０の全ての側面が基板に接着され、第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８を有する面が開放されることになるが、圧力センサー素子１０、８０の厚みと同じ厚みを有する基板１３２の側面に圧力センサー素子１０、８０の側面を接着する構成としても良い。
【００８０】
これにより第１ダイアフラム４６（第１層１２、第１ダイアフラム層８２）及び第２ダイアフラム４８（第２層２０、第２ダイアフラム層１００）は圧力測定において基板１３２から干渉をうけることはなく。圧力測定値の加速度による誤差を低減し、かつ低背化した圧力センサー１３０となる。
【００８１】
また図１１（ｂ）に示すように、駆動回路１３４も基板１３２に埋め込み、駆動回路１３４と圧力センサー素子１０、８０との接続は、第１層１２、第１ダイアフラム層８２（第２層２０、第２ダイアフラム層１００でも良い）に引き出された引き出し電極（不図示）と、駆動回路１３４の能動面にある所定の電極（不図示）とをワイヤー線１３６によるワイヤーボンディングにより接続すればよい。
【００８２】
いずれの実施形態においても、感圧素子３２は振動部が２本のビームで形成された双音叉型の圧電振動子を用いてきたが、これに限定されず、図１２に示すように、感圧素子３３の振動部３７が１本のビームで形成されたシングルビーム型圧電振動子を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０………圧力センサー素子、１２………第１層、１４………第１周縁部、１６………第１凹部、１８………第１凸部、２０………第２層、２２………第２周縁部、２４………第２凹部、２６………第２凸部、２８………感圧素子層、３０………感圧素子枠、３２………感圧素子、３３………感圧素子、３４………第１基部、３６………振動部、３７………振動部、３８………第２基部、４０………第１連結部、４２………第２連結部、４４………パッケージ、４６………第１ダイアフラム、４８………第２ダイアフラム、５０………第１支持部、５２………第２支持部、６０………圧力センサー素子、６２………パッケージ、６４………ダイアフラム、６６………感圧素子、６８………第１基部、７０………振動部、７２………第２基部、７４………第１支持部、７６………第２支持部、８０………圧力センサー素子、８２………第１ダイアフラム層、８４………第１支持部層、８６………第１支持部、８８………第１支持部枠、９０………第１梁、９２………第２支持部層、９４………第２支持部、９６………第２支持部枠、９８………第２梁、１００………第２ダイアフラム層、１１０………圧力センサー、１１２………基板、１１４………バンプ、１１６………駆動回路、１１８………ワイヤー線、１２０………接続電極、１２２………隙間、１３０………圧力センサー、１３２………基板、１３４………駆動回路、１３６………ワイヤー線、２１０………圧力センサー、２１２………ダイアフラム、２１８………支持部、２２０………圧力センサー素子、２２２………基部、２２４………振動部、３２０………圧力センサー素子、３２２………薄肉部、３２４………支持部、３２６………突出部、３３０………圧電振動片、４３１………圧電振動片、４３４………振動腕、４３５………振動腕、４３６………基部、４３７………基部、４４０………ダイアフラム、４４２………周縁部、４４４………台座部、４４５………台座部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧素子、及びダイアフラムを用いた圧力センサー素子、及び圧力センサーに関し、特に圧力測定値の加速度変化による誤差を減少させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水圧計、気圧計、差圧計などとして圧電振動素子を感圧素子として使用した圧力センサーが知られている。前記圧電振動素子は、例えば、板状の圧電基板上に電極パターンが形成され、力の検出方向に検出軸を設定しており、前記検出軸の方向に圧力が加わると、前記圧電振動子の共振周波数が変化し、前記共振周波数の変化から圧力を検出する。
【０００３】
このような圧力センサーをより高精度にするための従来技術が開示されている。図１３は、特許文献１に開示された第１の従来技術に係る圧力センサー素子を示す。図１３に示すように圧力センサー素子２２０は、ダイアフラム２１２を有する圧力センサー２１０における前記ダイアフラム２１２に形成された対をなす支持部２１８に載置される圧力センサー素子２２０であって、前記圧力センサー素子２２０は前記支持部２１８に固定される２つの基部２２２と前記基部間に位置する振動部２２４とを有し、前記基部２２２の固定部から前記振動部２２４までの間に切欠き２２２ａ、２２２ｂを設けた構成が開示されている。これによりダイアフラム２１２による振動部２２４に対する曲げ変形、すなわち厚み方向の変位は前記切欠き２２２ａ、２２２ｂの形成箇所に集中するため、振動部２２４に対して作用する非線形的な力を抑制し、圧力センサー素子２２０の振動部２２４に対する悪影響を低減している。
【０００４】
また図１４は、特許文献２に開示された第２の従来技術に係る圧力センサー素子を示す。図１４（ａ）は正面から見た模式図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１４に示すように圧力センサー素子３２０は、感圧素子として圧電振動片３３０を搭載する圧力センサー素子３２０であって、可撓部となる薄肉部３２２の一方の面に、前記圧電振動片３３０を固定するための対を成す支持部３２４を有し、対を成す前記支持部３２４間に厚肉化するための突出部３２６を有する構成が開示されている。これにより支持部３２４間に形成した突出部３２６はその変形が抑制され、当該箇所が円弧状に変形するということを避けることができる。このため、圧力負荷による突出部３２６の変形により、支持部３２４間に位置する突出部３２６が圧電振動片３３０の振動部に接触することがなくなる。よって当該接触に伴う周波数変化量の検出精度、すなわち圧力検出の精度の劣化を抑制することができる。
【０００５】
さらに図１５は、特許文献３に開示された第３の従来技術に係る圧力センサー素子を示す。図１５に示すように圧力センサー素子は、振動腕４３４、４３５の両端に基部４３６、４３７を有する圧電振動片４３１と、前記両端の基部４３６、４３７の其々が接合された台座部４４４、４４５を有するとともに、周縁部４４２が固定されるようにした薄板状のダイアフラム４４０とを備えた圧力センサー素子であって、前記ダイアフラム４４０は、全体外形が略長方形又は略正方形に形成されており、前記台座部４４４、４４５は、前記ダイアフラム４４０の中央部４４０ｂを挟んだ両側に配置され、前記中央部４４０ｂに向かうに従って、その向かう方向と直交する幅方向の寸法を小さくするように形成された構成を有している。これにより、ダイアフラム４４０は中央部４４０ｂに向かうに従って撓みやすくなるため、圧力を受けた場合、中央部４４０ｂに向かうほど変位量が大きくなる。したがって、中央部４４０ｂを挟んで両側に配置された台座部４４４に基部４３６、４３７が接合された圧電振動片４３１は変形しやすくなるため、感度よく圧力を測定できる圧力センサー素子となる。
【０００６】
これらの圧力センサーの構成要素は、ダイアフラムの変位量を双音叉素子等の感圧素子に伝える構造であることから、受圧する被測定圧力に対する変位量が大きいほうが、より高い感度を得ることができる。
そして最近では、このように高精度化された構成要素を包含した圧力センサーを、自動車のＴＰＭＳ（Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やカーナビゲーション用高低差検出装置などに利用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３３４５２号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７９２２号公報
【特許文献３】特開２００８−２４１２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、自動車が走行中、特に高速道路などで高速走行しているとき、段差に乗り上げた瞬間等に加速度が生じ、圧力センサーのダイアフラムに被測定圧力を受圧したときの撓みに更に前記加速度による撓み分が付加されてしまうので、感圧素子の共振周波数に前記加速度に起因した余計な撓み分だけ変動が生じることにより、圧力センサーで検出される圧力検出値に誤差が生じてしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に着目し、高感度な圧力センサーであって、圧力センサーに生じる加速度による圧力検出値の誤差の発生を防止することを可能とする圧力センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］パッケージと、前記パッケージの一面に設けられた第１ダイアフラムと、前記パッケージの前記一面に対向する面に設けられた第２ダイアフラムと、前記パッケージ内部に配置された感圧素子と、を有し、前記感圧素子は、長手方向の一端に形成された第１基部と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部と、前記第１基部及び前記第２基部との間に形成された振動部と、を有し、前記長手方向が各ダイアフラムの変位の方向に対して垂直に配置され、前記第１基部は前記第１ダイアフラムに接続され、前記第２基部は前記第２ダイアフラムに接続されたことを特徴とする圧力センサー素子。
【００１１】
上記構成により、圧力センサー素子は第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムからの変位を感圧素子が力として受けることにより絶対圧を測定することができる。ここで第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムは外部から圧力を受けると、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムが互いに接近する方向に変位するため、感圧素子は第１基部及び第２基部が互いに離間する方向に変位して引張り応力をうけ、これにより圧力を検出することができる。
【００１２】
一方、圧力センサー素子が加速度を受けた場合、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムの変位方向が一致し第１基部及び第２基部の変位の方向はほぼ一致する。よって、これによる感圧素子への応力は殆どないため加速度に起因する圧力測定値の誤差を低減することができる。
【００１３】
［適用例２］力を受けて変位する第１層及び第２層と、前記第１層及び第２層の間に形成され前記変位を検出する感圧素子層と、を有する圧力センサー素子であって、前記感圧素子層は、前記変位を検出する振動部と、前記振動部の長手方向の一端に形成された第１基部と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部と、前記振動部、前記第１基部、及び前記第２基部を囲む感圧素子枠と、前記感圧素子枠と前記第１基部とを連結する第１連結部と、前記感圧素子枠と前記第２基部とを連結する第２連結部と、を有し、前記第１層は、前記感圧素子層に対向する面に形成された第１周縁部と、前記第１周縁部の内側に形成され、前記力を受けて変位する第１凹部と、前記第１凹部の前記第１基部に対向する位置に形成された第１凸部と、を有し、前記第２層は、前記感圧素子層に対向する面に形成された第２周縁部と、前記第２周縁部の内側に形成され、前記力を受けて変位する第２凹部と、前記第２凹部の前記第２基部に対向する位置に形成された第２凸部と、を有し、前記第１周縁部、前記感圧素子枠、前記第２周縁部の順に積層するとともに、前記第１基部は、前記第１凸部と接続され、前記第２基部は、前記第２凸部と接続されたことを特徴とする圧力センサー素子。
上記構成により、適用例１に係る圧力センサー素子を簡易な構成の部材を積層して量産することができる。
【００１４】
［適用例３］前記第１連結部及び前記第２連結部は、前記長手方向に対して垂直に延びる成分を有することを特徴とする適用例２に記載の圧力センサー素子。
これにより、第１連結部及び第２連結部がそれぞれ第１基部及び第２基部の動きを妨げることを抑制して圧力センサー素子の感度を向上させることができる。
【００１５】
［適用例４］前記第１層は、第１ダイアフラム層と第１支持部層との積層構造を有し、前記第２層は、第２支持部層と第２ダイアフラム層との積層構造を有し、前記第１支持部層は、第１支持部と、前記第１支持部を囲む第１支持部枠と、前記第１支持部枠から延出し前記第１支持部に接続する第１梁と、を有し、前記第１支持部は、前記第１ダイアフラム層と接続して前記第１凸部を形成し、前記第１支持部枠は、前記第１ダイアフラム層と接続して前記第１周縁部及び前記第１凹部を形成し、前記第２支持部層は、第２支持部と、前記第２支持部を囲む第２支持部枠と、前記第２支持部枠から延出し前記第２支持部に接続する第２梁と、を有し、前記第２支持部は、前記第２ダイアフラム層と接続して前記第２凸部を形成し、前記第２支持部枠は、前記第２ダイアフラム層と接続して前記第２周縁部及び前記第２凹部を形成することを特徴とする適用例２または３に記載の圧力センサー素子。
【００１６】
上記構成により、適用例２、３の場合より積層構造が複雑になるが、第１ダイアフラム層及び第２ダイアフラム層はフォトリソ・エッチング、サンドブラスト等により掘り込む工程が不要であるので、各ダイアフラム層においてフォトリソ・エッチングによるエッチパイプが形成され、またサンドブラストによるクラックや割れが形成されることを回避することができる。
【００１７】
［適用例５］前記第１梁及び前記第２梁は、前記長手方向に対して垂直に延びる成分を有することを特徴とする適用例４に記載の圧力センサー素子。
これにより、第１梁及び第２梁がそれぞれ第１支持部及び第２支持部の動きを妨げることを抑制して圧力センサー素子の感度を向上させることができる。
【００１８】
［適用例６］適用例１乃至５のいずれか１例に記載の圧力センサー素子と、前記圧力センサー素子を搭載する基板と、前記基板の前記圧力センサー素子の当接する位置に設けられ前記圧力センサーと前記基板との間に隙間を形成するバンプと、前記圧力センサー素子と電気的に接続され前記圧力センサーを駆動する駆動回路と、を有することを特徴とする圧力センサー。
【００１９】
これにより、圧力センサー素子と基板との間に隙間が形成されているため、基板に対向するダイアフラムの圧力に対する応答が劣化したり、加速度による基板側への変位が妨げられるのを防ぐことができる圧力センサーとなる。
【００２０】
［適用例７］適用例１乃至５のいずれか１例に記載の圧力センサー素子と、前記圧力センサー素子を搭載する基板と、前記圧力センサー素子と電気的に接続され前記圧力センサーを駆動する駆動回路と、を有し、前記圧力センサー素子は、前記圧力センサー素子の側面のいずれか一面を前記基板に接着したことを特徴とする圧力センサー。
【００２１】
これにより、第１ダイアフラム層及び第２ダイアフラム層は圧力測定において基板から干渉をうけることはなく。圧力測定値の加速度による誤差を低減し、かつ低背化した圧力センサーとなる。
【００２２】
［適用例８］前記駆動回路は前記圧力センサー素子とワイヤーボンディングにより電気的に接続されたことを特徴とする適用例６または７に記載の圧力センサー。
これにより、駆動回路や圧力センサー素子の基板上での配置の自由度が向上する。
【００２３】
［適用例９］前記駆動回路は前記圧力センサー素子と前記バンプを介して電気的に接続されたことを特徴とする適用例７に記載の圧力センサー。
これにより、実装に必要な面積及び体積を削減することができるので小型化した圧力センサーを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサー素子の模式図である。
【図２】第１実施形態に係る圧力センサー素子の積層構造を示す図である。
【図３】第１実施形態を構成する第１連結部、第２連結部の模式図である。
【図４】第１実施形態を構成する第１連結部、第２連結部の模式図である。
【図５】比較例となる圧力センサーの動作を示す図である。
【図６】第１実施形態に圧力センサーの動作を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る圧力センサー素子の積層構造を示す図である。
【図８】第２実施形態を構成する第１梁、第２梁の模式図である。
【図９】第２実施形態を構成する第１梁、第２梁の模式図である。
【図１０】第３実施形態に係る圧力センサーの模式図である。
【図１１】第４実施形態に係る圧力センサーの模式図である。
【図１２】感圧素子の変形例を示す模式図である。
【図１３】第１の従来技術に係る圧力センサー用圧電振動片の模式図である。
【図１４】第２の従来技術に係る圧力センサー用のダイアフラムの模式図である。
【図１５】第３の従来技術に係る圧力センサー用の感圧素子の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２６】
第１実施形態に係る圧力センサー素子を図１に示す。図１（ａ）は真上（ＸＹ平面）からみた模式図、図１（ｂ）は正面（ＸＺ平面）から見た模式図である。第１実施形態に係る圧力センサー素子１０は、パッケージ４４と、前記パッケージ４４の一面に設けられた第１ダイアフラム４６と、前記パッケージ４４の前記一面に対向する面に設けられた第２ダイアフラム４８と、前記パッケージ４４内部に配置された感圧素子３２と、を有し、前記感圧素子３２は、長手方向の一端に形成された第１基部３４と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部３８と、前記第１基部３４及び前記第２基部３８との間に形成された振動部３６と、を有し、前記長手方向が各ダイアフラムの変位の方向に対して垂直に配置され、前記第１基部３４は前記第１ダイアフラム４６に接続され、前記第２基部３８は前記第２ダイアフラム４８に接続された構成を有し、真空を基準として絶対圧を測定するものである。なお図１を含む以下の図については直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を用いる。
【００２７】
パッケージ４４は、±Ｘ方向を長辺とし、±Ｙ方向を短辺とする矩形の筐体であり、±Ｚ方向に向く面を外部からの圧力をうける受圧面とし、内部を真空に封止して後述の感圧素子３２等を収容するものである。これにより圧力センサー素子１０は、感圧素子３２のＱ値を高め、安定した共振周波数を確保することができるので、圧力センサー素子１０の長期安定性を確保することができる。またパッケージ４４は中心線Ｃを基準として線対称な形状を有している。
【００２８】
パッケージ４４の一面（−Ｚ方向側の面）には第１ダイアフラム４６が形成され、パッケージ４４の一面に対向する面（＋Ｚ方向側の面）に第２ダイアフラム４８が形成されている。パッケージ４４、第１ダイアフラム４６、第２ダイアフラム４８は中心線Ｃを基準として線対称な形状を有している。第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８はパッケージ４４の一部を薄肉にした態様で形成され、外部から圧力を受けるとパッケージ４４の内側に向けて撓み変形しつつ変位する。なお第１ダイアフラム４６は外部からの圧力により＋Ｚ方向に変位し、第２ダイアフラム４８の場合は−Ｚ方向に変位するため、圧力による変位の方向は互いに反対方向となるが平行な関係を有している。そして第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８は同一の圧力に対して同一の変位量を有するものとする。
【００２９】
また第１ダイアフラム４６のパッケージ４４内側には第１支持部５０が形成され、第２ダイアフラム４８のパッケージ４４内側には第２支持部５２が形成されている。そして、第１支持部５０及び第２支持部５２は互いに同一の寸法を有するものであり、中心線Ｃからの第１支持部（−Ｘ方向）までの距離、及び中心線から第２支持部（＋Ｘ方向）までの距離が共に等しくなるように配置されている。
【００３０】
感圧素子３２は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料を用い、双音叉型圧電振動子、シングルビーム型圧電振動子、ＳＡＷ共振子、厚みすべり振動子等として形成されたものである。感圧素子３２は、中心線Ｃを基準として線対称な形状を有し、その長手方向が第１ダイアフラム４６、第２ダイアフラム４８の変位方向に対して垂直（±Ｘ方向）となるように配置し、その長手方向を検出軸としている。そして感圧素子３２は、長手方向の一端にある第１基部３４が第１支持部５０に固定され、第１基部３４の振動部３６を挟んだ反対側にある第２基部３８が第２支持部５２に固定されている。 よって感圧素子３２は第１支持部５０を介して第１ダイアフラム４６に接続され、第２支持部５２を介して第２ダイアフラム４８に接続される。したがって第１支持部５０及び第２支持部５２が互いに接近する方向に変位すると振動部３６は圧縮応力を受け、逆に互いに離れる方向に変位すると振動部３６は伸長応力を受けることになる。
【００３１】
感圧素子３２は発振回路（不図示）と電気的に接続され、発振回路（不図示）から供給される交流電圧により、固有の共振周波数で振動するものである。特に本実施形態で用いられている双音叉型圧電振動片は、厚みすべり振動子などに比べて、伸長・圧縮応力に対する共振周波数の変化が極めて大きく共振周波数の可変幅が大きいので、わずかな圧力差を検出するような分解能力に優れる圧力センサーにおいては好適である。双音叉型圧電振動子は、伸長応力を受けると振動部３６の振幅幅が小さくなるので共振周波数が高くなり、圧縮応力を受けると振動部３６の振幅幅が大きくなるので共振周波数は低くなる。なお、双音叉型圧電振動子の圧電基板としては温度特性に優れた水晶が望ましい。
【００３２】
図２に第１実施形態に係る圧力センサー素子の積層構造を示す。上記構成を有する圧力センサー素子１０は第１層１２、感圧素子層２８、第２層２０による積層構造を有し、これらはいずれも水晶等の圧電材料を用い、各層を同一材料で形成することが好適である。なお、第１層１２、感圧素子層２８、第２層２０はフォトリソ・エッチング加工により形成可能であり、さらに第１層１２及び第２層２０はサンドブラストによって形成することも可能である。
【００３３】
第１層１２は、一定の厚みを有する矩形の板に第１周縁部１４、第１凹部１６、第１凸部１８を形成したものであり、同様に第２層２０は、一定の厚みを有する矩形の板に第２周縁部２２、第２凹部２４、第２凸部２６を形成したものである。
【００３４】
また感圧素子層２８は、感圧素子枠３０、感圧素子３２（第１基部３４、振動部３６、第２基部３８）、第１連結部４０、第２連結部４２を有する。ここで第１周縁部１４、感圧素子枠３０、第２周縁部２２の内周の寸法は全て同じとなるように設計されている。
【００３５】
よって、第１周縁部１４、感圧素子枠３０、第２周縁部２２の順に積層することによりパッケージ４４の側面が形成され、第１凹部１６が第１ダイアフラム４６を包含するパッケージ４４の−Ｚ方向側の面となり、第２凹部２４が第２ダイアフラム４８を包含するパッケージ４４の＋Ｚ方向側の面となる。そして第１凸部１８は第１基部３４と接続することにより第１支持部５０となり、第２凸部２６は第２基部３８と接続することにより第２支持部５２となる。
【００３６】
そして、感圧素子枠３０が感圧素子３２を保持するため、感圧素子層２８には感圧素子枠３０から延出され第１基部３４に接続する第１連結部４０と、感圧素子枠３０から延出され第２基部３８に接続する第２連結部４２を有する。
【００３７】
第１連結部４０及び第２連結部４２は、感圧素子３２等に比べて充分細い幅を有するとともに、感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して垂直に延びる成分を有する。これにより、第１基部３４及び第２基部３８が長手方向に変位した場合、第１連結部４０及び第２連結部４２において、長手方向に垂直な成分が長手方向に屈曲することが可能となるので、第１基部３４及び第２基部３８の長手方向への動きを妨げることを低減することができる。そして、第１連結部４０及び第２連結部４２は図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ａ）〜（ｄ）に示すようにいくつかの形態をとることができる。図３（ａ）のように第１連結部４０及び第２連結部４２を感圧素子枠３０の長辺３０ａの内側から延出させ波型の形状とすることにより両者にバネ性を持たせている。これにより第１連結部４０及び第２連結部４２に応力が集中することを回避して破壊限界点を高めることができる。図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｌ字型またはコの字型とすることにより、第１連結部４０及び第２連結部４２の長手方向（±Ｘ方向）に垂直（±Ｙ方向）な成分が直角に折れた位置において長手方向に屈曲可能となる。なお、図２に示すように第１連結部４０及び第２連結部４２は、感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して垂直な方向（±Ｙ方向）に延びる棒状に形成してもよい。
【００３８】
さらに図３（ｄ）に示すように、第１連結部４０及び第２連結部４２を感圧素子枠３０内側のコーナーから斜め方向に延出させ、それぞれ第１基部３４、第２基部３８に接続する構成とすることができる。さらにこの状態で第１連結部４０及び第２連結部４２を図３（ａ）に示すように波型にしても良い。このような形状とすることで第１基部３４及び第２基部３８にバネ性を持たせることができ、第１連結部４０及び第２連結部４２に応力が集中しないので破壊限界点を高めることができる。
【００３９】
また図４（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｌ字型またはコの字型の第１連結部４０及び第２連結部４２を感圧素子枠３０の短辺３０ｂの内側から延出させそれぞれ第１基部３４、第２基部３８に接続した構成とすることができる。これにより第１基部３４及び第２基部３８との接続箇所を減らし、感圧素子３２の感度劣化を防止できる。この場合、図４（ｃ）（図４（ａ）に対応）、（ｄ）（図４（ｂ）に対応）に示すように、第１連結部４０及び第２連結部４２を２本ずつ設けることにより感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して対称性を持たせて一方への偏りをなくしてバランスを保つようにしても良い。さらに図３（ｂ）、（ｃ）、及び図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合は、フォトリソ・エッチング加工におけるマスクが作りやすいため、安定量産が可能となる。このように第１連結部４０及び第２連結部４２は複数の形態をとることができるが、第１基部３４及び第２基部３８の動きやすさに差が生じないように、中心線Ｃを基準とした線対称な関係を有している。
【００４０】
なお、振動部３６に形成された励振電極（不図示）と接続した引き出し電極（不図示）が第１連結部４０または第２連結部４２に形成され、引き出し電極（不図示）は感圧素子枠３０に延長され外部に露出した構成を有している。よって感圧素子３２はパッケージ外部にある発振回路（不図示）と電気的に接続可能であり、発振回路（不図示）からの交流電圧を受けて感圧素子３２の振動部３６は所定の共振周波数で振動することができる。
【００４１】
組み立て手順としては（図２参照）、まず第１層１２の上に感圧素子層２８を積層する。このとき第１周縁部１４の上面と、感圧素子枠３０の下面とを接着し、第１凸部１８の頂面と第１基部３４の下面とを接着する。
【００４２】
次に、第１層１２上に積層された感圧素子２８の上に第２層２０を積層する。このとき感圧素子枠３０の上面と第２周縁部２２の下面とを接着し、第２凸部２６の頂面と第２基部３８の上面とを接着する。このとき第２層２０の上面であって第２凸部２６に対向する位置に錘（不図示）を載せて、第２凸部２６と第２基部３８とを接合すると、第２基部３８を保持する第２連結部４２が錘（不図示）の荷重に対して抗力を発生させるため、第２凸部２６と第２基部３８との密着性が増し、その接合度が向上する。
【００４３】
各層の接着においては低融点ガラスを用いた接合方法、アルコキシド、オルガノシノキシ基などを含む接合部材を用い、当該接合部材に紫外線等のエネルギー線を照射することにより活性化させて接合する方法、金錫合金等の共晶合金による被膜を接合部材に用いた共晶接合方法などを用いてもよい。もちろん後述の固相接合を用いてもよい。
【００４４】
このように、第１層１２、感圧素子層２８、第２層２０の順に積層したのち、例えば第１層１２の第１周縁部１４、感圧素子層２８の感圧素子枠３０、第２層２０の第２周縁部２２のいずれかの側面から形成した封止孔（不図示）から真空引きして封止孔（不図示）を封止することにより圧力センサー素子１０が形成される。
【００４５】
上記構成のもと、第１実施形態に係る圧力センサー素子１０の動作について図５、図６を用いて述べる。まず図５において、比較例として、従来技術と同様の構成を有し、絶対圧を測定する圧力センサー素子における感圧素子に対する加速度に伴う応力について述べる。なお、図５、図６において各ダイアフラムの圧力や加速度による撓み変形は極僅かであるが、理解しやすいように強調して描いている。
【００４６】
比較例に係る絶対圧を測定する圧力センサー素子６０は、図５（ａ）に示すように、パッケージ６２とパッケージ６２の一面に形成されたダイアフラム６４と、パッケージ６２内部に真空封止された感圧素子６６とを有し、感圧素子６６は長手方向に第１基部６８、振動部７０、第２基部７２を有し、前記長手方向が前記ダイアフラム６４の変位方向（±Ｚ方向）と垂直（±Ｘ方向）になるように配置され、第１基部６８がダイアフラム６４の内側に形成された第１支持部７４に接続され、第２基部７２がダイアフラム６４内側に形成された第２支持部７６に接続された構成である。そして従来技術で述べたように、ダイアフラム６４の法線を鉛直方向（±Ｚ方向）に向けて自動車等に搭載し、その自動車等が段差に乗り上げた場合、圧力センサー素子６０には図５（ａ）に示すように、−Ｚ方向の加速度、＋Ｚ方向の加速度が掛かることになる。
【００４７】
図５（ｂ）に示すように、圧力センサー素子６０に−Ｚ方向の加速度Ｇが掛かった場合、ダイアフラム６４は−Ｚ方向に撓み変形して変位する。よって第１支持部７４は−Ｚ方向に変位するとともに、第１基部６８に対してほぼ−Ｘ方向に力ｆ１を与えることになる。また、第２支持部７６は−Ｚ方向に変位するとともに、第２基部７２に対してほぼ＋Ｘ方向に力ｆ１を与えることになる。よって振動部７０は両端から引張り応力を受け共振周波数が高くなる。
【００４８】
一方、図５（ｃ）に示すように、＋Ｚ方向の加速度Ｇが掛かった場合、ダイアフラム６４は＋Ｚ方向に撓み変形して変位する。よって第１支持部７４は＋Ｚ方向に変位するとともに、第１基部６８に対してほぼ＋Ｘ方向の力ｆ２を与えることになる。また、第２支持部７６は＋Ｚ方向に変位するとともに、第２基部７２に対してほぼ−Ｘ方向の力ｆ２を与えることになる。よって振動部７０は両端から圧縮応力を受け共振周波数が低くなる。
【００４９】
このように加速度が受ける方向により感圧素子６６の振動部７０の受ける力の方向が変化するため、本願発明者は、以下の図に示すように、第１基部３４に生じる力と、第２基部３８に生じる力とが相殺するようにすれば、圧力センサー素子１０に付加される加速度による余計な撓み分により生じる共振周波数の変動をキャンセルできることに想到した。
【００５０】
図６に第１実施形態に係る圧力センサー素子の圧力及び加速度を受けた場合の動作を示す。図６（ａ）は圧力センサー素子の圧力及び加速度を受けていない場合の模式図、図６（ｂ）は圧力Ｐを受けた場合の模式図、図６（ｃ）は加速度Ｇを受けた場合の模式図である。
【００５１】
図６（ｂ）に示すように、圧力センサー素子１０に圧力Ｐが掛かった場合、第１ダイアフラム４６は＋Ｚ方向に変位し、第２ダイアフラム４８は−Ｚ方向に変位する。よって第１支持部５０は＋Ｚ方向に変位するととともに、第１基部３４に対してほぼ＋Ｘ方向の力ｆ１を与え、第２支持部５２は−Ｚ方向に変位するととともに、第２基部３８に対してほぼ−Ｘ方向の力ｆ１を与えることになる。よって振動部３６は両端から力ｆ１を受け、引張り応力を受けて発振周波数が高くなることにより圧力を検知することができる。
【００５２】
一方、図６（ｃ）に示すように、圧力センサー素子１０に−Ｚ方向から加速度Ｇが掛かった場合、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムは−Ｚ方向に変位する。よって第１支持部５０は−Ｚ方向に変位するとともに、第１基部３４に対してほぼ−Ｘ方向の力ｆ２を与えることになる。一方、第２支持部５２は−Ｚ方向に変位するとともに、第２基部３８に対してほぼ−Ｘ方向の力ｆ１を与えることになる。ここで第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８の圧力に対する特性は同一である。また第１支持部５０及び第２支持部５２は同一寸法であり感圧素子３２も中心線Ｃを基準として線対称な形状を有する。そして圧力センサー素子１０を反転させると第１支持部５０及び第２支持部５２の位置が互いに重なり、第１基部３４及び第２基部３８の位置が互いに重るため、中心Ｏ（図６（ａ）参照）を基準として１８０度の回転対称性を有する。したがって上記ｆ１及びｆ２の大きさは互いにほぼ等しくなるため、振動部３６の一方の基部である第１基部３４に対して引張り応力が生じても、他方の基部である第２基部３８に対しては圧縮応力が生じる、即ち、それぞれの基部には、互いに異なる応力が生じることにより、それぞれに発生する応力は互いに相殺されることになるので、結果的に振動部３６は結果的に引っ張り応力も圧縮応力も生じることはなく、加速度に起因した共振周波数の変動は発生することはない。そして加速度Ｇが逆方向に掛かったとしても圧力センサー素子１０には上述のように前記中心Ｏを基準とした１８０度の対称性があるため同様に加速度に起因する共振周波数の変動は発生することはない。
【００５３】
第１実施形態に係る圧力センサー素子１０の感度を向上させるためには第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８の板厚を薄くして各ダイアフラムの変位量を増加させる必要がある。しかし第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８は、それぞれ第１凹部１６及び第２凹部２４により形成された薄肉の領域と、感圧素子３２を支持する第１凸部１８（第１支持部５０）、第２凸部２６（第２支持部５２）などの厚肉の領域とが一体で構成されていることから、厚肉で平板状の基板を用い、薄肉の領域を形成するための掘り込み作業が必要となる。しかしながら上記ダイアフラムは、この掘り込み加工をする際に、以下のような問題が発生する虞がある。
【００５４】
まず、上記ダイアフラムが水晶基板で形成されている場合、通常フォトリソ・エッチング、またはサンドブラストによって掘り込み加工が行われる。上記ダイアフラムをフォトリソ・エッチングにて掘り込み加工をする際に、水晶基板の有する結晶歪みに起因したエッチパイプ（エッチチャンネル、エッチチューブ、エッチトンネルともいう）と称される針状の細孔が形成されることがある。そして上述の上記ダイアフラムを包含する圧力センサー素子は、このエッチパイプが上記ダイアフラムの薄肉の領域に形成されることにより圧力センサー素子１０の内部と外気とが貫通してしまうと、圧力センサー素子１０内が気密に封止されず、絶対圧検出に必要な真空状態を保持できない虞がある。一方、サンドブラストによって上述の掘り込み加工をする際に、サンドブラストにおける高圧吹き付けによって、上記ダイアフラムの薄肉の領域にクラックや割れなどが発生し、上記ダイアフラムが破損する虞がある。
【００５５】
したがって、圧力センサー素子はこれらの問題を回避するために、ダイアフラムの薄肉の領域の板厚を、これらの問題が発生する厚みより厚く設定する必要がある。これにより第１実施形態に係る圧力センサー素子１０においては、第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８の薄肉の領域の板厚のさらなる薄型化によって各ダイアフラムの変位量を増やし、より高い感度を得ることが、各ダイアフラムの構成に起因する加工上の制約から極めて困難であるという問題を有している。そこで第２実施形態においては上記問題を解決する構成について述べる。
【００５６】
第２実施形態に係る圧力センサー素子８０の積層構造を図７に示す。第２実施形態に係る圧力センサー素子８０は水晶等を材料として用い、第１ダイアフラム層８２、第１支持部層８４、感圧素子層２８、第２支持部層９２、第２ダイアフラム層１００の順に５層で積層した構成を有している。なお第１実施形態における第１層１２は第１ダイアフラム層８２と第１支持部層８４を積層した構成に相当し、第２層２０は第２支持部層９２と第２ダイアフラム層１００を積層した構成に相当し、感圧素子層２８は第１実施形態と共通する。
【００５７】
第１ダイアフラム層８２及び第２ダイアフラム層１００は、水晶で形成された矩形の板材である。第１ダイアフラム層８２及び第２ダイアフラム層１００は、水晶原石から切り出された水晶素板（不図示）をラップ研磨により所定の厚みになるまで研磨し、鏡面研磨を行って平坦度を高め、更に、前記水晶基板の表面に残留している応力の緩和や加工痕等の加工変質層を除去するために希フッ酸等により前記水晶基板の表面をエッチングすることにより形成される。よって水晶素板（不図示）そのものをエッチングや、サンドブラストにより掘り込む工程はないので、第１実施形態で述べたようなエッチパイプやクラック、割れなどを発生させることなく薄肉の板材を容易に形成することができる。
【００５８】
第１支持部層８４は、第１支持部８６と、第１支持部８６を囲む第１支持部枠８８と、第１支持部枠８８から延出し第１支持部８６に接続する第１梁９０とを有する。そして第１支持部８６は、第１ダイアフラム層８２と接続して第１実施形態に係る第１凸部１８を形成し、第１支持部枠８８は、第１ダイアフラム層８２と接続して第１実施形態に係る第１周縁部１４及び第１凹部１６を形成する。また第１ダイアフラム層８２は、第１支持部層８４と接続することにより第１実施形態に係る第１ダイアフラム４６を形成する。
【００５９】
第２支持部層９２は、第２支持部９４と、第２支持部９４を囲む第２支持部枠９６と、第２支持部枠９６から延出し第２支持部９４に接続する第２梁９８とを有する。そして第２支持部９４は、第２ダイアフラム層１００と接続して第１実施形態に係る第２凸部２６を形成し、第２支持部枠９６は、第２ダイアフラム層１００と接続して第１実施形態に係る第２周縁部２２及び第２凹部２４を形成する。また第２ダイアフラム層１００は、第２支持部層９２と接続することにより第１実施形態に係る第２ダイアフラム４８を形成する。
【００６０】
第１梁９０及び第２梁９８は、第１連結部４０及び第２連結部４２と同様に感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して垂直に延びる成分を有する。これにより、第１支持部８６及び第２支持部９４が長手方向に変位した場合、第１梁９０及び第２梁９８において、長手方向に垂直な成分が長手方向に屈曲することが可能となるので、第１支持部８６及び第２支持部９４の長手方向への動きを妨げることを低減することができる。そして、第１支持部８６及び第２支持部９４は、第１連結部４０及び第２連結部４２と同様に図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｄ）に示すようにいくつかの形態をとることができる。図８（ａ）のように第１梁９０及び第２梁９８をそれぞれ第１支持部枠８８、第２支持部枠９６の長辺８８ａ、９６ａの内側から延出させ波型の形状とすることにより両者にバネ性を持たせている。これにより第１梁９０及び第２梁９８に応力が集中することを回避して破壊限界点を高めることができる。図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｌ字型またはコの字型とすることにより、第１梁９０及び第２梁９８の感圧素子３２の長手方向に垂直な成分が直角に折れた位置を軸として長手方向に屈曲可能となる。
【００６１】
さらに図８（ｄ）に示すように、第１梁９０及び第２梁９８をそれぞれ第１支持部枠８８内側、第２支持部枠９６内側のコーナーから斜め方向に延出させ、それぞれ第１支持部８６、第２支持部９４に接続する構成とすることができる。さらにこの状態で第１梁９０及び第２梁９８を図８（ａ）に示すように波型にしても良い。このような形状とすることで第１梁９０及び第２梁９８にバネ性を持たせることができ、第１梁９０及び第２梁９８に応力が集中しないので破壊限界点を高めることができる。
【００６２】
また図９（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｌ字型またはコの字型の第１梁９０及び第２梁９８をそれぞれ第１支持部枠８８、第２支持部枠９６の短辺８８ｂ、９６ｂの内側から延出させそれぞれ第１支持部８６、第２支持部９４に接続した構成とすることができる。これにより第１支持部８６及び第２支持部９４との接続箇所を減らし、感圧素子３２の感度劣化を防止できる。この場合、図９（ｃ）（図９（ａ）に対応）、（ｄ）（図９（ｂ）に対応）に示すように、第１梁９０及び第２梁９８を２本ずつ設けることにより、感圧素子３２の長手方向（±Ｘ方向）に対して対称性を持たせて一方への偏りを無くしてバランスを保つようにしても良い。さらに図８（ｂ）、（ｃ）、及び図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合は、フォトリソ・エッチング加工におけるマスクが作りやすいため、安定量産が可能となる。このように第１梁９０及び第２梁９８は複数の形態をとることができるが、第１支持部８８及び第２支持部９４の動きやすさに差が生じないように、中心線Ｃを基準とした線対称な関係を有している。
【００６３】
第２実施形態に係る圧力センサー素子８０の組み立ては、まず第１ダイアフラム層８２と第１支持部層８４、第２支持部層９２と第２ダイアフラム層１００をそれぞれ固相接合により接続する。
【００６４】
ここで固相接合とは、接着剤を用いずに固相同士を接合する方法をいい、本実施形態において具体的には、直接接合、メタル接合、陽極接合等が挙げられる。直接接合は、平坦性が確保された水晶基板の接合面に酸などの化学薬品を用いて表面をわずかに酸化させて薄い酸化膜を形成し、同時に表面に水酸基を付着させる親水化処理を行い、親水化処理された接合面同士を当接させて相対する水酸基同士を水素結合により結合させ、その後の熱処理により水酸基を水の形態で系外に排出することにより行われるもの等があり、接合面において直接接合による新たな接合膜は形成されない。
【００６５】
メタル接合は平坦性が確保された両方の接合面に厚さ０．１μｍ程度のＡｕ膜等の金属膜をスパッタ等により形成し、両方の金属膜の表面をプラズマ照射により活性化させ、活性化された金属膜表面同士を当接させ、加熱加圧して活性化された金属原子が当接面から互いに拡散して当接した膜同士が一体化することにより接合させるものであり、接合後は０．２μｍ程度の金属膜による接合膜が形成される。
【００６６】
陽極接合は、接合界面にある金属が酸化されるという化学反応により成立し、水晶基板とガラス部材との陽極接合では、平坦性の確保された水晶部材の接合面にアルミニウムなどの金属膜をスパッタなどにより形成し、形成した金属膜の表面に平坦性の確保されたガラス部材の接合面を当接させる。ここで、一般には、ガラス部材中にはナトリウム等の金属イオンが含まれているため、ガラス部材の接合面近傍には接合に必要な金属が存在し、陽極接合を可能としている。陽極接合させるときには、金属膜を陽極とし、ガラス部材の接合面に対向する面に陰極を配置し、これらの間に電界を印加する。このことにより、ガラスに含まれているナトリウムなどの金属イオンが陰極側に移動し、これに伴い、接合面の近傍では、酸素イオンの量が増加し、電気的二重層が形成された状態となる。この結果、接合界面においてガラス部材に接触している金属膜が酸化され、両者が接合した状態が得られ、接合後は０．１μｍ程度の接合膜が形成される。
【００６７】
これらの接合は導電性ペーストに比べて遥かに少ない接合面積で充分な接合強度が得られ、本実施形態においては接合幅が１００μｍ〜３００μｍ程度でウェハ同士を充分な接合強度で接合できる。
【００６８】
このとき第１支持部８６と第１ダイアフラム層８２、第２支持部９４と第２ダイアフラム層１００は固相接合により接合するが、第１支持部８６、第２支持部９４の変位を妨げないように、第１梁９０及び第２梁９８は、それぞれ第１ダイアフラム層８２、第２ダイアフラム層１００には接合させない。
【００６９】
次に第１支持部枠８８の上面と感圧素子枠３０の下面とを接着し、第１支持部８６の上面と第１基部３４の下面とを接着する。そして感圧素子枠３０の上面と第２支持部枠９６の下面とを接着し、第２基部３８の上面と第２支持部９４の下面とを接着する。
【００７０】
この接着においては低融点ガラスを用いた接合方法、アルコキシド、オルガノシノキシ基などを含む接合部材を用い、当該接合部材に紫外線等のエネルギー線を照射することにより活性化させて接合する方法、金錫合金等の共晶合金による被膜を接合部材に用いた共晶接合方法などを用いてもよい。もちろん上述の固相接合を用いてもよい。
【００７１】
また上述の第１ダイアフラム層８２と第１支持部層８４、第２ダイアフラム層１００と第２支持部層９２との接合において、第１ダイアフラム層８２と第１支持部８６、第２ダイアフラム層１００と第２支持部９４をそれぞれ固相接合で接合し、他の部分を上述の接着方法により接着してもよい。
【００７２】
このように、第１ダイアフラム層８２、第１支持部層８４、感圧素子層２８、第２支持部層９２、第２ダイアフラム層１００の順に積層したのち、例えば第１支持部層８４の第１支持部枠８８、感圧素子層２８の感圧素子枠３０、第２支持部層９２の第２支持部枠９６のいずれかの側面に形成された封止孔（不図示）から真空引きして封止孔（不図示）を封止することにより圧力センサー素子８０が形成される。
【００７３】
このように第２実施形態においては、第１実施形態より積層構造が複雑になるが、第１ダイアフラム層８２及び第２ダイアフラム層１００はフォトリソ・エッチング、サンドブラスト等により掘り込む工程が不要であるので、各ダイアフラム層においてフォトリソ・エッチングに起因したエッチパイプが形成されたり、またサンドブラストに起因したクラックや割れが形成されることを回避することができる。
【００７４】
第１実施形態に係る圧力センサー素子１０、第２実施形態に係る圧力センサー素子８０はそれぞれ圧力センサー用の基板に実装することによって圧力センサーとなる。
【００７５】
第３実施形態に係る圧力センサー１１０を図１０（ａ）、（ｂ）示す。第３実施形態に係る圧力センサー１１０は、図１０（ａ）に示すように、前記圧力センサー素子１０、８０を搭載する基板１１２と、前記基板１１２の前記圧力センサー素子１０、８０の当接する位置に設けられ前記圧力センサー素子１０、８０と前記基板１１２との間に隙間を形成するバンプ１１４と、前記圧力センサー素子１０、８０と電気的に接続され前記圧力センサー素子１０、８０を駆動する駆動回路１１６と、を有しており、前記駆動回路１１６は前記圧力センサー素子１０、８０とＡｕ等で形成されたワイヤー線１１８によるワイヤーボンディングにより電気的に接続された構成である。
【００７６】
圧力センサー素子１０、８０は感圧素子層２８の感圧素子枠３０の一部に張り出し部３０ｃを有しており、この張り出し部３０ｃの上面に感圧素子３２の励振電極（不図示）に接続した引き出し電極（不図示）が引き出されているものとする。一方基板１１２上には駆動回路１１６が搭載され基板１１２上に駆動回路１１６に接続する接続電極１２０が設けられている。基板１１２上に設けられたバンプ１１４は、一定の高さを有し圧力センサー素子１０、８０の基板１１２に対向する第１層１２（第１ダイアフラム層８２）の角に対応した位置に４つ配置されている。圧力センサー素子１０、８０は第１層１２（第１ダイアフラム層８２）側を基板側に向け、バンプ１１４に圧力センサー素子１０、８０を押し付けた状態で、バンプ１１４に高周波を当てることにより圧力センサー素子１０、８０をバンプ１１４を介して基板１１２に固定する。さらに引き出し電極（不図示）と接続電極１２０とをワイヤー線によるワイヤーボンディングにより接続する。これにより駆動回路１１６は感圧素子３２と電気的に接続される。そしてワイヤーボンディングにより駆動回路１１６と圧力センサー素子１０、８０とを電気的に接続するため駆動回路１１６、及び圧力センサー素子１０、８０の基板１１２上の配置の自由度が向上する。さらに圧力センサー素子１０、８０と基板１１２はバンプ１１４を介して接続され、圧力センサー素子１０、８０と基板１１２との間には隙間１２２が形成されるため、基板１１２に対向する第１層１２（第１ダイアフラム層８２）の圧力に対する応答が劣化したり、加速度による基板１１２側への変位が妨げられるのを防ぐことができる圧力センサー１１０となる。
【００７７】
また、図１０（ｂ）に示すように、引き出し電極は第１層１２（第１ダイアフラム層８２）側に引き出され、基板１１２上であって引き出し電極と対向する位置に接続電極１２０と接続した導体のバンプ１１４を配置し、バンプ１１４に圧力センサー素子１０、８０を押し付けた状態で、バンプ１１４に高周波を当てることにより圧力センサー素子１０、８０をバンプ１１４を介して基板１１２に固定するとともに、駆動回路１１６と圧力センサー素子１０、８０とを電気的に接続する構成としてもよい。これにより、基板１１４上で実装に必要な面積及び体積を削減することができるので小型化した圧力センサー１１０を構築できる。
【００７８】
第４実施形態に係る圧力センサーを図１１（ａ）、（ｂ）に示す。第４実施形態に係る圧力センサー１３０は、図１１（ａ）に示すように、第１実施形態、第２実施形態に係る圧力センサー素子１０、８０と、前記圧力センサー素子１０、８０を搭載する基板１３２と、前記圧力センサー素子１０、８０と電気的に接続され前記圧力センサー１０、８０を駆動する駆動回路１３４と、を有し、前記圧力センサー素子１０、８０は、
前記圧力センサー素子１０、８０の側面のいずれか一面を前記基板１３２に接着した構成である。
【００７９】
圧力センサー素子１０、８０を搭載する基板１３２は、圧力センサー素子１０、８０の外形（ＸＹ面）に倣った形状に形成され圧力センサー素子１０、８０を嵌め込む貫通孔１３２ａを有し、この貫通孔１３２ａに圧力センサー素子１０、８０を嵌め込んで接着剤等により接着する形となっている。この場合、圧力センサー素子１０、８０の全ての側面が基板に接着され、第１ダイアフラム４６及び第２ダイアフラム４８を有する面が開放されることになるが、圧力センサー素子１０、８０の厚みと同じ厚みを有する基板１３２の側面に圧力センサー素子１０、８０の側面を接着する構成としても良い。
【００８０】
これにより第１ダイアフラム４６（第１層１２、第１ダイアフラム層８２）及び第２ダイアフラム４８（第２層２０、第２ダイアフラム層１００）は圧力測定において基板１３２から干渉をうけることはなく。圧力測定値の加速度による誤差を低減し、かつ低背化した圧力センサー１３０となる。
【００８１】
また図１１（ｂ）に示すように、駆動回路１３４も基板１３２に埋め込み、駆動回路１３４と圧力センサー素子１０、８０との接続は、第１層１２、第１ダイアフラム層８２（第２層２０、第２ダイアフラム層１００でも良い）に引き出された引き出し電極（不図示）と、駆動回路１３４の能動面にある所定の電極（不図示）とをワイヤー線１３６によるワイヤーボンディングにより接続すればよい。
【００８２】
いずれの実施形態においても、感圧素子３２は振動部が２本のビームで形成された双音叉型の圧電振動子を用いてきたが、これに限定されず、図１２に示すように、感圧素子３３の振動部３７が１本のビームで形成されたシングルビーム型圧電振動子を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０………圧力センサー素子、１２………第１層、１４………第１周縁部、１６………第１凹部、１８………第１凸部、２０………第２層、２２………第２周縁部、２４………第２凹部、２６………第２凸部、２８………感圧素子層、３０………感圧素子枠、３２………感圧素子、３３………感圧素子、３４………第１基部、３６………振動部、３７………振動部、３８………第２基部、４０………第１連結部、４２………第２連結部、４４………パッケージ、４６………第１ダイアフラム、４８………第２ダイアフラム、５０………第１支持部、５２………第２支持部、６０………圧力センサー素子、６２………パッケージ、６４………ダイアフラム、６６………感圧素子、６８………第１基部、７０………振動部、７２………第２基部、７４………第１支持部、７６………第２支持部、８０………圧力センサー素子、８２………第１ダイアフラム層、８４………第１支持部層、８６………第１支持部、８８………第１支持部枠、９０………第１梁、９２………第２支持部層、９４………第２支持部、９６………第２支持部枠、９８………第２梁、１００………第２ダイアフラム層、１１０………圧力センサー、１１２………基板、１１４………バンプ、１１６………駆動回路、１１８………ワイヤー線、１２０………接続電極、１２２………隙間、１３０………圧力センサー、１３２………基板、１３４………駆動回路、１３６………ワイヤー線、２１０………圧力センサー、２１２………ダイアフラム、２１８………支持部、２２０………圧力センサー素子、２２２………基部、２２４………振動部、３２０………圧力センサー素子、３２２………薄肉部、３２４………支持部、３２６………突出部、３３０………圧電振動片、４３１………圧電振動片、４３４………振動腕、４３５………振動腕、４３６………基部、４３７………基部、４４０………ダイアフラム、４４２………周縁部、４４４………台座部、４４５………台座部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージと、
前記パッケージの一面に設けられた第１ダイアフラムと、
前記パッケージの前記一面に対向する面に設けられた第２ダイアフラムと、
前記パッケージ内部に配置された感圧素子と、を有し、
前記感圧素子は、
長手方向の一端に形成された第１基部と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部と、前記第１基部及び前記第２基部との間に形成された振動部と、を有し、前記長手方向が各ダイアフラムの変位の方向に対して垂直に配置され、
前記第１基部は前記第１ダイアフラムに接続され、前記第２基部は前記第２ダイアフラムに接続されたことを特徴とする圧力センサー素子。
【請求項２】
力を受けて変位する第１層及び第２層と、前記第１層及び第２層の間に形成され前記変位を検出する感圧素子層と、を有する圧力センサー素子であって、
前記感圧素子層は、
前記変位を検出する振動部と、
前記振動部の長手方向の一端に形成された第１基部と、
前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部と、
前記振動部、前記第１基部、及び前記第２基部を囲む感圧素子枠と、
前記感圧素子枠と前記第１基部とを連結する第１連結部と、
前記感圧素子枠と前記第２基部とを連結する第２連結部と、を有し、
前記第１層は、
前記感圧素子層に対向する面に形成された第１周縁部と、
前記第１周縁部の内側に形成され、前記力を受けて変位する第１凹部と、前記第１凹部の前記第１基部に対向する位置に形成された第１凸部と、を有し、
前記第２層は、
前記感圧素子層に対向する面に形成された第２周縁部と、
前記第２周縁部の内側に形成され、前記力を受けて変位する第２凹部と、前記第２凹部の前記第２基部に対向する位置に形成された第２凸部と、を有し、
前記第１周縁部、前記感圧素子枠、前記第２周縁部の順に積層するとともに、
前記第１基部は、前記第１凸部と接続され、前記第２基部は、前記第２凸部と接続されたことを特徴とする圧力センサー素子。
【請求項３】
前記第１連結部及び前記第２連結部は、前記長手方向に対して垂直に延びる成分を有することを特徴とする請求項２に記載の圧力センサー素子。
【請求項４】
前記第１層は、第１ダイアフラム層と第１支持部層との積層構造を有し、前記第２層は、第２支持部層と第２ダイアフラム層との積層構造を有し、
前記第１支持部層は、
第１支持部と、前記第１支持部を囲む第１支持部枠と、前記第１支持部枠から延出し前記第１支持部に接続する第１梁と、を有し、
前記第１支持部は、前記第１ダイアフラム層と接続して前記第１凸部を形成し、
前記第１支持部枠は、前記第１ダイアフラム層と接続して前記第１周縁部及び前記第１凹部を形成し、
前記第２支持部層は、
第２支持部と、前記第２支持部を囲む第２支持部枠と、前記第２支持部枠から延出し前記第２支持部に接続する第２梁と、を有し、
前記第２支持部は、前記第２ダイアフラム層と接続して前記第２凸部を形成し、
前記第２支持部枠は、前記第２ダイアフラム層と接続して前記第２周縁部及び前記第２凹部を形成することを特徴とする請求項２または３に記載の圧力センサー素子。
【請求項５】
前記第１梁及び前記第２梁は、前記長手方向に対して垂直に延びる成分を有することを特徴とする請求項４に記載の圧力センサー素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力センサー素子と、
前記圧力センサー素子を搭載する基板と、
前記基板の前記圧力センサー素子の当接する位置に設けられ前記圧力センサーと前記基板との間に隙間を形成するバンプと、
前記圧力センサー素子と電気的に接続され前記圧力センサーを駆動する駆動回路と、を有することを特徴とする圧力センサー。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力センサー素子と、
前記圧力センサー素子を搭載する基板と、
前記圧力センサー素子と電気的に接続され前記圧力センサーを駆動する駆動回路と、を有し、
前記圧力センサー素子は、前記圧力センサー素子の側面のいずれか一面を前記基板に接着したことを特徴とする圧力センサー。
【請求項８】
前記駆動回路は前記圧力センサー素子とワイヤーボンディングにより電気的に接続されたことを特徴とする請求項６または７に記載の圧力センサー。
【請求項９】
前記駆動回路は前記圧力センサー素子と前記バンプを介して電気的に接続されたことを特徴とする請求項７に記載の圧力センサー。
【請求項１】
パッケージと、
前記パッケージの一面に設けられた第１ダイアフラムと、
前記パッケージの前記一面に対向する面に設けられた第２ダイアフラムと、
前記パッケージ内部に配置された感圧素子と、を有し、
前記感圧素子は、
長手方向の一端に形成された第１基部と、前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部と、前記第１基部及び前記第２基部との間に形成された振動部と、を有し、前記長手方向が各ダイアフラムの変位の方向に対して垂直に配置され、
前記第１基部は前記第１ダイアフラムに接続され、前記第２基部は前記第２ダイアフラムに接続されたことを特徴とする圧力センサー素子。
【請求項２】
力を受けて変位する第１層及び第２層と、前記第１層及び第２層の間に形成され前記変位を検出する感圧素子層と、を有する圧力センサー素子であって、
前記感圧素子層は、
前記変位を検出する振動部と、
前記振動部の長手方向の一端に形成された第１基部と、
前記一端の前記長手方向の反対側の他端に形成された第２基部と、
前記振動部、前記第１基部、及び前記第２基部を囲む感圧素子枠と、
前記感圧素子枠と前記第１基部とを連結する第１連結部と、
前記感圧素子枠と前記第２基部とを連結する第２連結部と、を有し、
前記第１層は、
前記感圧素子層に対向する面に形成された第１周縁部と、
前記第１周縁部の内側に形成され、前記力を受けて変位する第１凹部と、前記第１凹部の前記第１基部に対向する位置に形成された第１凸部と、を有し、
前記第２層は、
前記感圧素子層に対向する面に形成された第２周縁部と、
前記第２周縁部の内側に形成され、前記力を受けて変位する第２凹部と、前記第２凹部の前記第２基部に対向する位置に形成された第２凸部と、を有し、
前記第１周縁部、前記感圧素子枠、前記第２周縁部の順に積層するとともに、
前記第１基部は、前記第１凸部と接続され、前記第２基部は、前記第２凸部と接続されたことを特徴とする圧力センサー素子。
【請求項３】
前記第１連結部及び前記第２連結部は、前記長手方向に対して垂直に延びる成分を有することを特徴とする請求項２に記載の圧力センサー素子。
【請求項４】
前記第１層は、第１ダイアフラム層と第１支持部層との積層構造を有し、前記第２層は、第２支持部層と第２ダイアフラム層との積層構造を有し、
前記第１支持部層は、
第１支持部と、前記第１支持部を囲む第１支持部枠と、前記第１支持部枠から延出し前記第１支持部に接続する第１梁と、を有し、
前記第１支持部は、前記第１ダイアフラム層と接続して前記第１凸部を形成し、
前記第１支持部枠は、前記第１ダイアフラム層と接続して前記第１周縁部及び前記第１凹部を形成し、
前記第２支持部層は、
第２支持部と、前記第２支持部を囲む第２支持部枠と、前記第２支持部枠から延出し前記第２支持部に接続する第２梁と、を有し、
前記第２支持部は、前記第２ダイアフラム層と接続して前記第２凸部を形成し、
前記第２支持部枠は、前記第２ダイアフラム層と接続して前記第２周縁部及び前記第２凹部を形成することを特徴とする請求項２または３に記載の圧力センサー素子。
【請求項５】
前記第１梁及び前記第２梁は、前記長手方向に対して垂直に延びる成分を有することを特徴とする請求項４に記載の圧力センサー素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力センサー素子と、
前記圧力センサー素子を搭載する基板と、
前記基板の前記圧力センサー素子の当接する位置に設けられ前記圧力センサーと前記基板との間に隙間を形成するバンプと、
前記圧力センサー素子と電気的に接続され前記圧力センサーを駆動する駆動回路と、を有することを特徴とする圧力センサー。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力センサー素子と、
前記圧力センサー素子を搭載する基板と、
前記圧力センサー素子と電気的に接続され前記圧力センサーを駆動する駆動回路と、を有し、
前記圧力センサー素子は、前記圧力センサー素子の側面のいずれか一面を前記基板に接着したことを特徴とする圧力センサー。
【請求項８】
前記駆動回路は前記圧力センサー素子とワイヤーボンディングにより電気的に接続されたことを特徴とする請求項６または７に記載の圧力センサー。
【請求項９】
前記駆動回路は前記圧力センサー素子と前記バンプを介して電気的に接続されたことを特徴とする請求項７に記載の圧力センサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１９７２９８（Ｐ２０１０−１９７２９８Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４４２２１（Ｐ２００９−４４２２１）
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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