(57)【要約】【課題】正確な圧力値を送信する小型ワイヤレス圧力センサシステムを実現する。【解決手段】少なくとも電磁波エネルギで動作する回路を搭載したシリコンチップ２と、アンテナ208を支持するフィルム207、で構成される圧力センサシステム１において、ダイヤフラム部201の近傍にフィルム207に貫通孔209を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサ、前記圧力センサの測定値に基く信号が入力される送信制御部と、を有する半導体チップと、
前記半導体チップが固定され、前記送信制御部に電気的に接続するアンテナを有するアンテナ部材と、
前記アンテナ部材は前記半導体チップと重なる領域には切り込み部を有することを特徴とする圧力センサシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記切り込み部が形成される領域に前記圧力センサが位置することを特徴とする圧力センサシステム。
【請求項３】
請求項１において、前記アンテナ部材を複数備え、前記半導体チップは前記複数のアンテナ部材に固定されることを特徴とする圧力センサシステム。
【請求項４】
請求項１において、前記基板の切り込み部の領域内に前記半導体チップが配置されることを特徴とする圧力センサシステム。
【請求項５】
圧力センサ、前記圧力センサの測定値に基く信号が入力される送信制御部と、を有する半導体チップと、
前記半導体チップが固定され、前記送信制御部に電気的に接続するアンテナを有するアンテナ部材と、
前記半導体チップの前記送信制御回路が形成された面の反対側面が前記アンテナ部材に支持されるよう形成された圧力センサシステム。
【請求項６】
請求項１において、前記アンテナ部材には、周りの周囲の部材より高透磁率の高透磁率層を備えることを特徴とする圧力センサシステム。
【請求項７】
請求項４において、前記切り込み部を有する高透磁率層を有し、前記半導体チップは、前記切り込み部が形成された領域内に配置されることを特徴とする圧力センサシステム。
【請求項８】
被測定物に設置された前記請求項１の圧力センサシステムからの信号を受信する受信部及び前記受信した信号を記録する記録部を備えたことを特徴とする圧力測定受信装置。
【請求項９】
前記内部に液体或は気体を収容しうる容器と、前記容器に設置された前記請求項１記載の圧力センサシステムと、を有し、前記前記半導体チップの前記送受信制御回路が形成された面が前記容器内壁に対向するように配置された、ことを特徴とする圧力測定容器。
【請求項１０】
前記内部に液体或は気体を収容しうる容器と、前記容器に設置された前記請求項１記載の圧力センサシステムと、を有し、前記前記半導体チップの前記送受信制御回路が形成された面の裏面が前記容器内壁に対向するように配置された、ことを特徴とする圧力測定容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体や流体の圧力等の力学量を検知する圧力センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
RFタグと呼ばれる、電磁誘導で供給された電力を用いることで回路が動作し、予め設定されたIDナンバーを電波で送信するタグが開発されており、物流管理や入場券等の管理に適用され始めている。このようなIDタグに温度センサを接続して、温度計測値をワイヤレスで送信しようとする試みも行われている。例えば特開2001-187611号に見られるように、温度センサをRFタグ回路にプリント配線基板上で接続し、該プリント配線基板上に搭載された状態でプラスチックで一体にモールドされてセンサ付きＩＤタグとして構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開2001-187611号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記文献では、精度の高い圧力測定ができる形態について開示されていない。また、圧力センサを被測定物に固定する形態で使用した場合の精度の高い測定ができる形態についても開示されていない。
【０００５】
よって本発明は、前記課題の何れかを抑制することができる圧力センサシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、例えば、シリコンチップ2のアンテナを支持するフィルム207において、ダイヤフラム部201に対向する部分の近傍に貫通孔209を設ける。この貫通孔209のフィルム207内の設置位置は、シリコンチップ２を設置した領域の内側を含むようにする。
【０００７】
また、具体的には、以下の形態を備えることが好ましい。
（１）圧力センサ、前記圧力センサの測定値に基く信号が入力される送信制御部と、を有する半導体チップと、前記半導体チップが固定され、前記送信制御部に電気的に接続するアンテナを有するアンテナ部材と、前記アンテナ部材は前記半導体チップと重なる領域には切り込み部を有することを特徴とする圧力センサシステムである。
（２）前記（１）において、前記切り込み部が形成される領域に前記圧力センサ部が位置することを特徴とする。
（３）前記（１）において、前記アンテナ部材を複数備え、前記半導体チップは前記複数のアンテナ部材に固定されることを特徴とする。
（４）前記（１）において、前記基板の切り込み部の領域内に前記半導体チップが配置されることを特徴とする。
（５）前記（１）において、前記アンテナ部材には、その周囲より高透磁率の高透磁率層を備えることを特徴とする。
（６）圧力センサ、前記圧力センサの測定値に基く信号が入力される送信制御部と、を有する半導体チップと、前記半導体チップが固定され、前記送信制御部に電気的に接続するアンテナを有するアンテナ部材と、前記半導体チップの前記送信制御回路が形成された面の反対側面が前記アンテナ部材に支持されるよう形成された圧力センサシステムである。
（７）前記（４）において、前記切り込み部を有する高透磁率層を有し、前記半導体チップは、前記切り込み部が形成された領域内に配置されることを特徴とする。
【０００８】
また、その他に、該フィルムもしくは薄板には該半導体チップを設置した領域の内側を含むように貫通孔もしくは切れ込みを設けたことが好ましい。或は、半導体チップの表面層に遮光層を設けたことが好ましい。または、容器の内壁の内側に前記圧力センサシステムを設置したことが好ましい。
（８）  被測定物に設置された前記（１）の圧力センサシステムからの信号を受信する受信部及び前記受信した信号を記録する記録部を備えたことを特徴とする圧力測定受信装置である。
（９）前記内部に液体或は気体を収容しうる容器と、前記容器に設置された前記（１）記載の圧力センサシステムと、を有し、前記前記半導体チップの前記送受信制御回路が形成された面が前記容器内壁に対向するように配置された、ことを特徴とする圧力測定容器である。
（１０）前記内部に液体或は気体を収容しうる容器と、前記容器に設置された前記（１）記載の圧力センサシステムと、を有し、前記前記半導体チップの前記送受信制御回路が形成された面の裏面が前記容器内壁に対向するように配置された、ことを特徴とする圧力測定容器である。
【０００９】
なお、圧力センサシステムのアンテナ部は被測定物の壁面に対して直角よりも平行に近い配置に設置されていることが好ましい。
【００１０】
前述した形態を備えることにより、精度の高い圧力測定ができる。また、圧力センサシステムを被測定物に固定する形態で使用した場合の精度の高い測定ができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、前記課題の何れかの解決に寄与しうる圧力センサシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第一の実施例を図１から図17を用いて説明する。図１には本発明の第一の実施例である圧力センサシステム1を示す。本実施例におけるひずみセンサシステム１は、少なくとも半導体チップ（ここでは一例としてシリコンチップの例を以下説明する）2と外付けアンテナ部材3で構成される。シリコンチップ２は、少なくとも図２の回路ブロック構成に示すように、13.56MHz、2.45GHz、860〜960MHz等の搬送波で送信される信号の変復調およびDC電源の生成を行うRFアナログ回路部６、ひずみセンサ信号の増幅回路部７、A/D変換を行うセンサアナログ回路部８、ひずみセンサ９、通信制御回路部10、圧力センサのためのダイヤフラム部201より構成される。ダイヤフラム部２０１にひずみセンサ９が設置されている。ひずみセンサは複数のセンサ部を備える。
【００１３】
つまり、例えば、シリコンチップは外部から受けた電磁波エネルギからDC電源を生成する電子回路を含むことを特徴とする。
【００１４】
または、シリコンチップは電磁波信号の変復調およびDC電源の生成を行うためのRFアナログ回路、チップ動作制御を行う論理回路、圧力を測定する圧力センサ回路、前記圧力センサ信号の増幅回路、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、図３のシリコンチップ２の斜視図に示すように、ダイヤフラム部201はシリコンチップの中央部に設けられ、その周りを他の回路で挟まれているのが望ましい。
外付けアンテナ3は、少なくともアンテナ208、フィルム207、接続部211より構成される。図1ではアンテナ208はフィルム207の片面に設けられている例を示したが、スルーホールを介して両面に設けられていても、あるいは反対の面に設けられていてもよい。フィルム207にはシリコンチップ2内のダイヤフラム部201に対応する位置に貫通孔209が空けられている。また望ましくは、シリコンチップ２とフィルム207の機械的接続のために固定部211で固定する方が望ましく、さらに望ましくはシリコンチップ２の裏面を覆うようにポッティングレジン等で固定することが機械的信頼性の観点から良い。
圧力は、ダイヤフラム部201の変形に伴って発生するひずみをダイヤフラム部201近傍表面に形成したひずみセンサ9で検知することで求める。なお、ひずみセンサ9はピエゾ抵抗効果を用いた不純物拡散層抵抗であることが望ましいが、抵抗線式のひずみゲージに相当するものでも性能は劣るが精度の不要な目的では代用することができる。また同様に多結晶シリコン膜をシリコン基板上に形成したものでも良い。また、本実施例ではシリコン基板をダイヤフラムとしたダイヤフラム型の圧力センサに関して示した形態が好ましいが、ダイヤフラムを薄膜で構成してもよい。また、圧力の測定にダイヤフラム型でなく、静電容量型でも良い。この場合も本特許は正確な圧力を測定するためには同様に有効である。
【００１６】
ダイヤフラム部201とはシリコン基板16の中で厚さが薄くなっている部分を指す。この実施例は圧力センサシステム１を絶対圧センサとして用いることを目的としたものであるが、本発明は差圧センサに用いてもよい。絶対圧センサとして用いる場合には、温度変化に起因した気体の体積膨張を防止するために、ダイヤフラム部201の空洞206は周囲よりも減圧あるいは真空とするのが望ましい。本実施例ではシリコン基板16の中央部に局所的にシリコン板厚の薄い部分、すなわちダイヤフラム部201が形成され、デバイス形成面11と反対側の面が封止部202で封止されている。ダイヤフラム部201の形成には、水酸化カリウム水溶液に代表される異方性のウエットエッチングを用いても良いし、異方性の強いドライエッチングを用いても良い。また、シリコン基板16と封止部202との封止には拡散接合を行い、接着層205を設けることが望ましいが、接着材での貼り合わせによる封止も可能である。接着剤による封止は安価に製造できるという利点がある。図１に示す実施例では絶対圧センサとして用いるために封止部202を設けたが、差圧センサとする場合には、図４に示すように封止部202に空気孔212を有してもよいし、封止部202が無くてもよく、その場合でも本実施例と同様な効果が得られる。
【００１７】
次に圧力センサシステム１の動作原理を説明する。圧力センサシステム１は、リーダー15から電磁波を供給されると、この電磁波のエネルギによって回路を動作させることができる（図２２）。ダイヤフラム部201とひずみセンサ９で流体や気体の圧力を検知し、これを増幅回路７で増幅した後にセンサアナログ回路８でデジタルデータに変換する。さらに通信制御回路10とRFアナログ回路部６を用い、アンテナ208を通してその測定値をリーダー15に送信する。このように圧力センサシステム１はリーダー15の電磁波を電源として動作することができるので、ワイヤレスで圧力値を簡単にモニターすることができる。図１や図４ではループ型のアンテナの場合を示したが、使う周波数によっては図７のようなダイポールアンテナや八木宇田アンテナ、パッチアンテナを用いても良い。なお、本実施例ではアンテナに誘導電磁界を形成する電磁誘導を用いたもの、もしくはマイクロ波を受信、復調して用いたもの、を利用したが、コイルの相互誘導による相互誘導によるエネルギを利用しても良いし、光を用いてエネルギ供給および交信を行っても良い。
アンテナ208は接続部211を介してシリコンチップ2と電気的に接続されており、本実施例の場合にはシリコンチップ2のデバイス形成面11とフィルム207とは対向して設けられている。また、図1や図４に示すように、アンテナ208を支持しているフィルム207がダイヤフラム部201と干渉や接触しないように、貫通孔209がフィルム207内に形成される。図５の平面図に点線で示したように、この貫通孔209はダイヤフラム部201に接触しないように、ダイヤフラム部201の直下に設けられ、該貫通孔209の大きさはダイヤフラム部201と同等か大きいことが望ましい。しかしダイヤフラム部201より小さい場合であっても、下記の効果はある程度得られる。また、図25に示したように、シリコンシリコンチップ２を2つに分けた場合においても、圧力センサを有する部分に貫通孔209を設けることにより同様な効果が得られる。
【００１８】
圧力センサシステム１で測定される流体や気体は、外部からこの貫通孔を経て、ダイヤフラム部201に作用し、ダイヤフラム部201を変形させることができる。すなわち、フィルム207に貫通孔209が形成されていることで、外部の圧力が直接にダイヤフラム部に作用することができるので、正確な測定が可能となるという利点がある。特に速い圧力変動を測定しようとする場合には、貫通孔209が無いと速い圧力変化がダイヤフラム部201に伝わりにくいために、鈍った測定値しか得られなくなる。本実施例では貫通孔209を設けたために、動的な圧力変動も正確に測定できるという利点を得ている。さらに、貫通孔209がない場合には、大きな圧力を測定する際にダイヤフラム部201が変形してフィルム207と接触し、ダイヤフラム部201の変形が非線形となり、大幅に測定精度が低下するという問題が生じる。これに対し、本実施例においては、貫通孔209を設けたために、ダイヤフラム部201とフィルム207が干渉することなく、幅広い測定レンジで正確に圧力が測定できるという利点が生じる。また、圧力センサは、ダイヤフラム部201のシリコン厚さを薄くすることにより、単位圧力に対するダイヤフラムの変形量が大きくなるため、感度の良い圧力センサを作成することが出来るが、その分ダイヤフラム部201上部のフィルム207と接触しやすくなる。しかしながら本実施例においては、ダイヤフラム部201とフィルム207が干渉することがないので、感度の良いダイヤフラム部201を形成できるという利点がある。
【００１９】
また、フィルム207でダイヤフラム部201以外のデバイス形成面11を保護することができるので、長期に使用した場合でも信頼性ある測定が可能となるという利点がある。以上のように、本実施例によれば、圧力センサを電磁波で供給された電力を用いることで動作させ、得られた圧力測定データをデジタル変換し、この値をリーダー15に返送する機能を１つのシリコン基板上（1チップ上）に搭載しようとする場合でも高精度な測定が可能である圧力測定装置を提供することが可能になる。
【００２０】
以上のように、本圧力センサシステム１は、圧力センサ、前記圧力センサの測定値に基く信号が入力される送信制御部と、を有する半導体チップと、前記半導体チップが固定され、前記送信制御部に電気的に接続するアンテナを有するアンテナ部材と、前記アンテナ部材は前記半導体チップと重なる領域には切り込み部を有することを特徴とする。
【００２１】
なお、前記切り込み部は少なくとも周囲よりも厚さが薄く又は貫通部が形成されている。具体例としては開口部のように貫通部が周囲を囲まれている形成であることができる。あるいはその周囲一部が繋がっていない形態であることができる。
【００２２】
なお、前記切り込み部が形成される領域に前記圧力センサ部が位置することが好ましい。
また、本実施例では1チップで構成される場合を示したが、複数チップで同様な機能を発現させる場合も同様に効果を有し、ダイヤフラム201の設けられているチップでは上記と同様に貫通孔209が設けられる。また図６に示すように、貫通孔209が溝状になる、すなわちフィルム207に切れ込みが入っていても良い。この場合には、シリコンチップ２がアンテナループの外側に配置されているのが望ましい。この場合には、上記の利点に加えて、アンテナ208とシリコンチップ２が離れているために、シリコンチップ２内のデバイスが電磁波の影響を受けにくいという利点がある。また、図７に示したようにダイポールアンテナでも同様に適用でき、図８に示したようにダイヤフラム部11直下のフィルム207に切れ込みを入れてもよいし、図９に示すようにフィルム207を２つに分離しても良い。
【００２３】
このように、圧力センサは、前記アンテナ部材を複数備え、前記半導体チップは前記複数のアンテナ部材に固定されることを特徴とする。具体的形態としては、複数のフィルム上もしくは複数の板上に、圧力が測定可能な電子回路を持つシリコンチップとアンテナとを少なくとも備え、該シリコンチップが複数のフィルム上もしくは複数の板上にまたがるように設けられた形態であることができる。
【００２４】
図10にはアンテナ208の下部に高透磁率層204を設けた場合を示す。本発明における圧力センサシステム１の周辺に大きな金属部材が存在すると、リーダー15からの電磁波が金属の表面で反射されるために、エネルギ損失が増大し、通信距離が大きく減少する。しかし、本実施例のように高誘電率層204を設けると該圧力センサを金属に貼り付ける場合にも反射させずに、磁束の向きを変えることが出来るので、エネルギ損失を防止することが出来る。このためアンテナ208で取得できる電力量が増加し、通信距離を伸ばすことが出来るという利点が生じる。図10では金属層214を高透磁率層204と平行して設置しているが、金属層214をアルミニウム等の金属で構成することにより、その下に各種の金属が存在した場合でも、その電源取得特性が変化しないという利点が生じる。しかしこの金属層214は下に存在する金属の種類に応じてアンテナを最適化した場合には不要とすることもできる。本実施例の場合には、前出のフィルム207の場合と同様に、高透磁率層204とダイヤフラム部201が干渉するため、高透磁率層204に貫通孔218を設ける必要がある。貫通孔218の代わりに切れ込みを設けても良い。
【００２５】
本形態では、前記アンテナ部材には、隣接する周囲の部材より高透磁率の高透磁率層を備えることを特徴とする。
【００２６】
なお、高透磁率層は前記半導体チップと重なる領域に切り欠き部を有する。チップと重なる場合であって、圧力センサ部と重なる領域を少なくとも含むことが好ましい。
【００２７】
具体的には、フィルム上もしくは薄板上に、圧力が測定可能な電子回路を持つシリコンチップとアンテナと高透磁率層を少なくとも備え、該フィルムもしくは該薄板の該シリコンチップを設けた面でない面に高透磁率層が設けられ、該高透磁率層に貫通孔もしくは切れ込みが設けられている形態であることができる。
【００２８】
また、図11に示すように、シリコン基板16と同一面内に高透磁率層204を設けても良い。フィルム２に対して、シリコン基板１と高透磁層204とを備える。さらに高透磁率層204を複数設け、該シリコンチップが複数の高透磁率層上にまたがるような位置に設けられても良い。
【００２９】
本形態では、圧力センサの周辺部に導電性部材が存在すると、外部から得られる電磁波エネルギが低下するが、これを防止するために高透磁率材料をアンテナ部に配することが行われる。この高透磁率材料もフィルムと同様に正確な圧力測定を妨げる原因となった。上記の課題を解決するために、例えば、高透磁率層204に貫通孔218を設ける。この貫通孔218の高透磁率層204内の設置位置は、シリコンチップ２を設置した領域の内側を含むようにする。
【００３０】
具体的には、以下の形態を備えることが好ましい。
【００３１】
フィルム上もしくは薄板上に、圧力が測定可能な電子回路を持つシリコンチップとアンテナと高透磁率層を少なくとも備え、該フィルムもしくは該薄板の該シリコンチップを設けた面でない面に高透磁率層が設けられ、該高透磁率層に貫通孔もしくは切れ込みが設けられていることである。
【００３２】
また、高透磁率層内の貫通孔もしくは切れ込みの面内設置位置は、シリコンチップを設置した領域の内側を含むようにすることである。
【００３３】
また、フィルム上もしくは板上に、圧力が測定可能なシリコンチップとアンテナと複数の高透磁率層を少なくとも備え、該フィルムもしくは該板の該シリコンチップを設けた面でない面に複数の高透磁率層が設けられ、該シリコンチップが複数の高透磁率層上にまたがるような位置に設けられたことである。
【００３４】
また図12に示すように、アンテナ208と高透磁率層204の間にスペーサ215を設けても良い。この場合には、磁束が無理なくアンテナ208のループ内を通るようになるために、取得電力量が増し、さらに通信距離が伸びるという利点がある。
【００３５】
本形態では、圧力センサのフィルムなどの基板基板の切り込み部の領域内に前記半導体チップが配置されることを特徴とする。
【００３６】
具体的に、例えば、アンテナ部材は、基板と基板に形成されたアンテナ部とを有し、前記アンテナ部材のうちアンテナ部が形成された側の面と前記半導体チップの前記送信制御回路が形成された面とが同じ側を向くよう配置されていることができる。
【００３７】
また、具体的には、フィルム上もしくは板上に、圧力が測定可能な電子回路を持つシリコンチップとアンテナと高透磁率層を少なくとも備え、該フィルムもしくは該薄板の該シリコンチップを設けた面に高透磁率層が設けられ、該高透磁率層に貫通孔もしくは切れ込みが設けられていることを特徴とする。
【００３８】
また、前記貫通孔の大きさもしくは該切れ込みの幅が該シリコンチップの外形寸法より大きいことを特徴とする。
【００３９】
図13にはフィルム207の内部にシリコンチップ２を埋め込んだ場合の実施例を示す。フィルム207にシリコンチップ２が埋め込まれており、ダイヤフラム部201上には接続部210や接続部210と接続される導電層が存在しないようにしたものである。この場合には圧力が直接にダイヤフラム部201に付加されるので、圧力損失が無く、動的な圧力変動を正確に測定できるという利点が生じる。また、ダイヤフラム部201とフィルム207が接触しないことから、ダイヤフラム部201の変形が理想的に球形となり、正確な圧力測定が可能となる。また、この場合にはシリコンチップ2が埋め込まれていることから、より薄くできるという利点が生じる。この場合、ダイヤフラム部201の上部には、ダイヤフラム部201の変形が大きく変化しない範囲で、シリコンゴムや有機膜などの柔らかいパッシベーション膜、あるいは薄い酸化膜や窒化膜を形成してもよい。その場合にはダイヤフラム部201上のひずみ検知部に存在する配線が保護できるので、長期信頼性に優れる圧力センサシステム１が実現できるという利点がある。図14のように、シリコンチップ２の裏面を固定部211で固定してもよい。この場合にデバイス形成面、特にダイヤフラム部201に固定部211が覆いかぶさらないようにする。この場合には上記の利点に加えて、確実にシリコンチップ２が固定できるために、想定外の外力が負荷された場合にも破壊することなく、信頼性ある測定が行えるという利点が生じる。
【００４０】
本形態は、フィルムもしくは板と、圧力が測定可能なシリコンチップと、アンテナとを少なくとも備え、該フィルムもしくは該板の内部に該シリコンチップの一部あるいは全部を埋め込んでおり、該シリコンチップのデバイス形成面の一部もしくは全部が封止部から出た領域を有することを特徴とする。
【００４１】
また、図15、図16には高透磁率層204を設けた場合を示す。フィルム207のシリコンチップ２のセンサ形成側とは反対側の面内に高透磁性層204を設ける。またその上に金属層214を設ける。この場合には周辺に金属が配された場合でも通信が可能になるという利点が生じる。また、差圧を測定する場合には図17のように配すれば同様な効果が得られる。
【００４２】
また、図５から図９に示す本発明における実施例では、デバイス形成領域11は被測定物である気体等に接するように配置されるため、外部から光が照射されるようになる。通常のRFIDタグではデバイス形成領域11はフィルム207に接続されるとともに、樹脂で封止されており、デバイス形成領域11に光が照射されることはない場合が多い。しかしながら本発明においては、正確な圧力測定を行うための発明により光を受けやすくなり、特性が変動しやすくなるという副作用が生じた。すなわち、この場合シリコンチップ2は光の照射によって電子の移動度が変化するために、圧力センサシステム１の外部が明るいと特性変動を起こしやすいという問題が生じた。よって、本発明ではシリコンチップ2の表面に遮光層を設けることが望ましい。この遮光層はできるだけ薄い方がダイヤフラム部201の変形を阻害しないという観点から望ましいが、一方で十分な遮光特性を得られなければならない。このようにシリコンチップ２の表面に遮光層を設けることによって、光のある場所での測定を行う場合にも特性が変化せず、正確な測定が行えるという利点がある。
【００４３】
本発明における第二の実施例は、図18に示すように、封止部202の裏面をフィルム207に接触させた場合である。シリコンチップの素子形成面とは反対側面をフィルム207に設置する。接続部210とアンテナ208の間はワイヤーボンディングや金属薄板等の金属材213で電気的に接続する。この場合には、ダイヤフラム201とフィルム207が干渉することがないので、正確な圧力測定が可能となる。また、シリコンチップ２の剛性にフィルム207の剛性が加えられるため、曲げ応力等の外力が負荷された場合でもダイヤフラム部201やデバイス形成面11に与えられるひずみを小さくすることができるので、精度の高い測定が可能となるという利点がある。本形態では、フィルムもしくは板と、圧力が測定可能なシリコンチップと、アンテナとを備え、該フィルムもしくは該板と該シリコンチップのデバイス形成面を対向させずに設置したことを特徴とする。
【００４４】
また、図19に示すように、アンテナ208と接続する端子の一方をシリコンチップ２の表裏面に、もう一方をデバイス形成面11内に形成した場合には、片側の端子だけを金属材213を介してアンテナに接続し、シリコンチップ2の裏面の電極はフィルム207表面に形成したアンテナ208に接続すればよい。この場合には、上記の利点に加えて、シリコンチップ２表面の電極を相対的に大きくしてもダイヤフラム201の変形を妨げることがないという利点がある。さらに、シリコンチップ２と外付けアンテナ３の接続工程が簡略化できるために安価に製造できるという利点が生じる。さらに差圧を測定する場合には、図20に示すように封止部202に空気孔212を設け、さらにフィルム207に貫通孔209を設ける。この場合には、被測定物である流体や液体が空気孔212や貫通穴209を通ってダイヤフラム部201に圧力を与えるため、精度の良い差圧の測定が可能となる。さらに、この配置ではダイヤフラム部201の表面はフィルム207に接触することが無いので、高精度の測定が可能となる。また、図21のように封止部202のない構造でも良い。この場合には封止と実装が同時に行えるために、低コストでの生産が可能になるという利点がある。
【００４５】
ボンディングワイヤを備えた圧力センサシステムは、圧力センサ、前記圧力センサの測定値に基く信号が入力される送信制御部と、を有する半導体チップと、前記半導体チップが固定され、前記送信制御部に電気的に接続するアンテナを有するアンテナ部材と、前記半導体チップの前記送信制御回路が形成された面の反対側面が前記アンテナ部材に支持されるよう形成されたものである。
【００４６】
例えば、更に、半導体チップ上の電極と前記アンテナ部材上とをボンディングワイヤを介して連絡することができる。
【００４７】
図22には本発明の圧力センサシステム１を用いた圧力測定システムを示す。容器216の内部に絶対圧を測定する圧力センサシステム１が設けられており、この圧力センサシステム１の測定値は容器216の外に設けられたリーダー15によりワイヤレスで受信され、その中の情報を記録する情報蓄積部に蓄積される。フィルム207は容器216の内壁と平行に近い状態で固定されている。シリコンチップのダイヤフラム側が形成された面の反対側面が容器216内壁側に位置するように形成される。このように、容器216の内壁と封止部202が近づくように設置し、ダイヤフラム部201が容器216の内壁と干渉しないように設置する。また、図23に示すように、シリコンチップ２のダイヤフラムが形成された面が容器２６の内壁側に位置するように形成される。このように内壁とダイヤフラム部201が干渉せず、また圧力損失も少ないように考慮された治具217を設置しフィルム207と内壁を近づけて設置しても良い。容器216は有機材料等の導電性を有さない材料で構成されているのが望ましい。本実施例によれば、容器216の内壁に圧力センサシステム１が設けられ、該圧力センサシステム１は容器216外から照射された電磁気エネルギで動作することができるので、バッテリ等を用いた従来のワイヤレスシステムのように、電源を交換する必要がないという利点を有する。従って、容器216の製造時に圧力センサシステム１を設置すれば、半永久的に測定が可能なので、製造工程終了時には封止されて外しにくい密閉容器でも設置し、その後は半永久的に使用できるという利点がある。さらに圧力センサシステム１は、構成部品が少なくても動作し、非常に小型であるため、挿入穴の小さな密閉容器にも設置するのが容易であるという利点がある。また、第一の実施例で述べたように、ダイヤフラム部201とフィルム207とが接触することなく、容器216の内圧が貫通孔209を通してダイヤフラム部201で正確に検知できるので、正確な測定が可能となるという利点がある。
【００４８】
図23には容器216の内外の差圧を検知するシステムを示す。容器216に圧力センサシステム１が設けられており、シリコンチップの表裏面の一方は容器216内の気体か液体に接し、他方は大気圧となっている。この圧力センサシステム１の測定値は容器216の外に設けられたリーダー15によりワイヤレスで受信され、その中の情報を記録する情報蓄積部に蓄積される。より好ましくは更に、データ収集後に回線、携帯電話機能を有し、フラッシュメモリカード等の電磁気記録媒体を介してインターネットやホストコンピュータに送られる。なお、好ましくは、情報が取り込まれたことを表示する表示部を有する。容器216の外側にアンテナ208とフィルム207が設けられているという特徴を有するため、容器216が導電性である場合でも容器外から圧力をワイヤレスで検知することができるという利点がある。また、アンテナ208とフィルム207が容器216の表層に設けられているため、フィルム207と容器216を接着することによって、剥がれることなく確実に実装することができるという利点を有する。なお、フィルム207と容器216を接着する際には、高透磁率層204等が間に存在していてもよく、その場合には容器216が金属の場合でも通信が可能となるという利点が生ずる。また、シリコンチップ２のデバイス形成領域11が容器内の気体もしくは液体と接しないようにするのが望ましい。この場合には、容器内が腐食性の媒体である場合でも信頼性ある測定が行えると言う利点が生じる。
【００４９】
これまで述べた形態によって、以下の何れかの作用効果を有することができる。
【００５０】
本形態によれば、圧力負荷時においてもフィルム207がシリコンチップ２内のダイヤフラム201と接触することがないので、ダイヤフラム部201の変形が非線形とならず、理想形状に近くなる。よって精度の高い圧力計測が可能となる。
【００５１】
また本形態によれば、気体や流体の圧力がフィルム207に設けた貫通孔209を通してダイヤフラム部201に直接伝わることから、圧力損失が無く、精度の高い圧力測定が可能となる。
【００５２】
また本形態によれば、気体や流体の圧力がフィルム207に設けた貫通孔209を通してダイヤフラム部201に直接伝わることから、ダイヤフラム部201の感知する圧力変化が鈍らず、速度の速い圧力変動を測定することが可能となる。
【００５３】
また、本形態によれば、フィルム207で薄いダイヤフラム部201を保護することができるので、長期に使用した場合でも信頼性ある測定が可能となるという利点がある。
【００５４】
またシリコン基板上に温度センサとRFIDタグを形成することも行われ始めている。なお、RFIDタグではフィルム上にシリコンチップとアンテナが形成されており、フィルムを物品に貼り付けて使用するのが一般の使用形態である。
【００５５】
同様に圧力センサとRFIDタグをシリコンチップ上に形成して、電磁波エネルギで回路を動作させる圧力センサを得ようとすると、正確に圧力が測定できないことが明らかとなった。
【００５６】
すなわち、本形態により、この圧力センサシステムではフィルム上や薄板上にシリコンチップとアンテナが形成されるが、シリコンチップ２の設置時にフィルムによってダイヤフラム部の片面が塞がれるため、正確な圧力がダイヤフラム部に伝わらず、正確な測定が不可能になることを抑制することができる。または、シリコンチップ２の設置後には、圧力センサシステムのダイヤフラム部とフィルムとが互いに接触・干渉し、加圧時のダイヤフラムの変形が本来の状態から崩れるため精度が低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第一実施例の圧力センサシステム断面模式図である。
【図２】本発明の第一実施例における測定部の回路ダイヤグラムである。
【図３】本発明の第一実施例におけるシリコンチップの斜視模式図である。
【図４】本発明の第一実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図５】本発明の第一実施例における圧力センサシステム平面模式図である。
【図６】本発明の第一実施例における圧力センサシステム平面模式図である。
【図７】本発明の第一実施例における圧力センサシステム平面模式図である。
【図８】本発明の第一実施例における圧力センサシステム平面模式図である。
【図９】本発明の第一実施例における圧力センサシステム平面模式図である。
【図１０】本発明の第一実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図１１】本発明の第一実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図１２】本発明の第一実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図１３】本発明の第一実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図１４】本発明の第一実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図１５】本発明の第一実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図１６】本発明の第一実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図１７】本発明の第一実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図１８】本発明の第二実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図１９】本発明の第二実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図２０】本発明の第二実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図２１】本発明の第二実施例における圧力センサシステム断面模式図である。
【図２２】本発明における圧力測定システムを示す模式図である。
【図２３】本発明における圧力測定システムを示す模式図である。
【図２４】本発明における圧力測定システムを示す模式図である。
【図２５】本発明の第一実施例における圧力センサシステム平面模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１．圧力センサシステム
２．シリコンチップ
３．外付けアンテナ
６．RFアナログ回路
７．増幅回路部
８．センサアナログ回路部
９．ひずみセンサ
１０．通信制御回路部
１１．デバイス形成面
１５．リーダー
１６．シリコン基板
２０１．ダイヤフラム部
２０２．封止部
２０３．電極
２０４．高透磁率層
２０５．接着層
２０６．空洞
２０７．フィルム
２０８．アンテナ
２０９．貫通孔
２１０．接続部
２１１．固定部
２１２．空気孔
２１３．金属材
２１４．金属層
２１５．スペーサ
２１６．容器
２１７．治具
２１８．貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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