(57)【要約】【課題】温度特性の優れた圧力センサーを提供すること【解決手段】圧力センサー１は、パッケージ２の内部にセンサーチップ３を搭載してなり、センサーチップ３は、異なる位置に設けられパッケージ２に固定される少なくとも一対の固定部３２１、３３１と、固定部３２１、３３１間に形成され、パッケージ２の熱膨張によって生じ、一対の固定部３２１、３３１を介してセンサーチップ３に加わる応力を緩和する応力緩和部３４とを有している。また、応力緩和部３４は、切り欠きである。【選択図】図１
2011158342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージの内部にセンサーチップを搭載してなる圧力センサーであって、
前記センサーチップは、異なる位置に設けられ前記パッケージに固定される少なくとも一対の固定部と、各前記固定部間に形成され、前記パッケージの熱膨張によって生じ、前記一対の固定部を介して前記センサーチップに加わる応力を緩和する応力緩和部とを有していることを特徴とする圧力センサー。
【請求項２】
前記応力緩和部は、隣り合う前記固定部の間に形成された少なくとも１つの切り欠きである請求項１に記載の圧力センサー。
【請求項３】
前記センサーチップは、本体部と、本体部から突出するように形成された複数の突出部を有し、各前記突出部に少なくとも１つの前記固定部が設けられている請求項１または２に記載の圧力センサー。
【請求項４】
各前記突出部は、隣り合う前記固定部との離間方向に直交する方向へ延在する部位を有している請求項３に記載の圧力センサー。
【請求項５】
前記突出部は、前記本体部から突出するように一対形成されており、
一対の前記突出部は、空隙を隔てて対向し、かつ、互いに同じ方向に向けて突出している請求項４に記載の圧力センサー。
【請求項６】
前記本体部の平面視形状は、長方形であり、
前記一対の突出部は、それぞれ、前記本体部の１つの短辺に対応する部位から前記本体部の長辺と平行な方向へ突出するように形成されている請求項５に記載の圧力センサー。
【請求項７】
前記突出部は、前記本体部から突出し、かつ前記本体部を介して対向するように一対形成されており、各前記突出部が有する前記固定部は、空隙を隔てて前記本体部と対向している請求項４に記載の圧力センサー。
【請求項８】
前記センサーチップの平面視にて、前記一対の突出部の離間方向をＸ方向とし、前記Ｘ方向に直交する方向をＹ方向としたとき、
前記一対の突出部は、それぞれ、前記本体部から延出し、前記Ｘ方向に延在する第１の延在部と、前記第１の延在部の先端部から延出し、前記Ｙ方向に延在する第２の延在部とを有し、前記第２の延在部に前記固定部が設けられている請求項７に記載の圧力センサー。
【請求項９】
前記本体部の平面視形状は、長方形であり、
各前記突出部は、前記本体部の長辺に対応する部位から突出するように形成され、前記第１の延在部は、前記本体部の短辺と平行な方向に延在し、前記第２の延在部は、前記本体部の長辺と平行な方向に延在する請求項８に記載の圧力センサー。
【請求項１０】
前記突出部は、前記本体部の周方向に互いに離間して４つ設けられており、
各前記突出部は、前記本体部から延出し、隣り合う一対の前記突出部のうちの一方の前記突出部との離間方向に延在する第１の延在部と、前記第１の延在部の先端部から延出し、他方の前記突出部との離間方向に延在する第２の延在部とを有し、前記第２の延在部に前記固定部が設けられている請求項４に記載の圧力センサー。
【請求項１１】
前記本体部の平面視形状は、長方形であり、
前記４つの突出部は、前記本体部の各角部から突出するように形成されている請求項１０に記載の圧力センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力センサーとして、パッケージと、このパッケージ内に搭載されたセンサーチップとを有する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。センサーチップは、受圧部を構成する薄肉部およびこの薄肉部の周囲に形成された厚肉部で構成されたダイヤフラムと、ダイヤフラムに接合された基体とで構成されている。このような構成の圧力センサーでは、加わった圧力によりダイヤフラムが変形し、この変形の度合いに対応して変化するダイヤフラムの共振周波数を測定することにより、圧力センサーに加わった圧力の大きさを検出する。
【０００３】
特許文献１に記載の圧力センサーでは、センサーチップが異なる２箇所で接着剤を用いてパッケージに固定されている。また、各接着剤は、導電性を有しており、各接着剤を介してパッケージに形成された一対の電極とセンサーチップに形成された一対の電極とが電気的に接続されている。
ここで、特許文献１に記載の圧力センサーでは、パッケージがセラミックや樹脂等で構成されており、センサチップ（ダイヤフラムおよび基体）が水晶で構成されている。このように、特許文献１に記載の圧力センサーでは、パッケージとセンサーチップとを熱膨張率の異なる材料で構成しているため、その構造上、次のような問題が生じる。
【０００４】
特許文献１に記載の圧力センサーでは、所定温度における熱膨張の度合がパッケージとセンサーチップとで異なるため、パッケージの熱膨張により生じる応力が、一対の接着剤を介してセンサーチップに伝達される。この応力がセンサーチップに加わると、ダイヤフラムの薄肉部が変形してしまう。このように、圧力以外の応力によって、ダイヤフラムの薄肉部が変形すると、圧力センサーが受けた圧力の大きさを正確に検知することができなくなる。すなわち、特許文献１の圧力センサーでは、温度特性が悪く、環境温度によって検知精度が大きくばらつくという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３９５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、温度特性の優れた圧力センサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の圧力センサーは、パッケージの内部にセンサーチップを搭載してなる圧力センサーであって、
前記センサーチップは、異なる位置に設けられ前記パッケージに固定される少なくとも一対の固定部と、各前記固定部間に形成され、前記パッケージの熱膨張によって生じ、前記一対の固定部を介して前記センサーチップに加わる応力を緩和する応力緩和部とを有していることを特徴とする。
これにより、温度特性の優れた圧力センサーを提供することができる。
【０００８】
［適用例２］
本発明の圧力センサーでは、前記応力緩和部は、隣り合う前記固定部の間に形成された少なくとも１つの切り欠きであることが好ましい。
これにより、一対の固定部がそれぞれ独立して変位可能となり、一対の固定部の変位・変形によって応力を吸収することができる。
【０００９】
［適用例３］
本発明の圧力センサーでは、前記センサーチップは、本体部と、本体部から突出するように形成された複数の突出部を有し、各前記突出部に少なくとも１つの前記固定部が設けられていることが好ましい。
これにより、センサーチップをパッケージに安定した状態で搭載することができる。
【００１０】
［適用例４］
本発明の圧力センサーでは、各前記突出部は、隣り合う前記固定部との離間方向に直交する方向へ延在する部位を有していることが好ましい。
これにより、センサーチップに伝わる前記応力を、突出部の変形・変位によって、効率的に緩和することができる。
【００１１】
［適用例５］
本発明の圧力センサーでは、前記突出部は、前記本体部から突出するように一対形成されており、
一対の前記突出部は、空隙を隔てて対向し、かつ、互いに同じ方向に向けて突出していることが好ましい。
これにより、突出部の変形・変位によって、バランス良く応力を緩和することができる。
【００１２】
［適用例６］
本発明の圧力センサーでは、前記本体部の平面視形状は、長方形であり、
前記一対の突出部は、それぞれ、前記本体部の１つの短辺に対応する部位から前記本体部の長辺と平行な方向へ突出するように形成されていることが好ましい。
これにより、一対の突出部が対称的に変位・変形する。そのため、応力がセンサーチップに加わっても、センサーチップとパッケージとの接触等を防止することができる。
【００１３】
［適用例７］
本発明の圧力センサーでは、前記突出部は、前記本体部から突出し、かつ前記本体部を介して対向するように一対形成されており、各前記突出部が有する前記固定部は、空隙を隔てて前記本体部と対向していることが好ましい。
これにより、センサーチップを安定した状態でパッケージに固定することができる。
【００１４】
［適用例８］
本発明の圧力センサーでは、前記センサーチップの平面視にて、前記一対の突出部の離間方向をＸ方向とし、前記Ｘ方向に直交する方向をＹ方向としたとき、
前記一対の突出部は、それぞれ、前記本体部から延出し、前記Ｘ方向に延在する第１の延在部と、前記第１の延在部の先端部から延出し、前記Ｙ方向に延在する第２の延在部とを有し、前記第２の延在部に前記固定部が設けられていることが好ましい。
これにより、簡単に、一対の固定部間に、切り欠きを設けることができる。
【００１５】
［適用例９］
本発明の圧力センサーでは、前記本体部の平面視形状は、長方形であり、
各前記突出部は、前記本体部の長辺に対応する部位から突出するように形成され、前記第１の延在部は、前記本体部の短辺と平行な方向に延在し、前記第２の延在部は、前記本体部の長辺と平行な方向に延在することが好ましい。
これにより、応力を緩和するための突出部の変形量、変位量が小さくて済み、突出部の破損等を防止することができる。
【００１６】
［適用例１０］
本発明の圧力センサーでは、前記突出部は、前記本体部の周方向に互いに離間して４つ設けられており、
各前記突出部は、前記本体部から延出し、隣り合う一対の前記突出部のうちの一方の前記突出部との離間方向に延在する第１の延在部と、前記第１の延在部の先端部から延出し、他方の前記突出部との離間方向に延在する第２の延在部とを有し、前記第２の延在部に前記固定部が設けられていることが好ましい。
これにより、簡単な突出部の形状で、パッケージの熱膨張によってセンサーチップに加わる応力を緩和することができる。
【００１７】
［適用例１１］
本発明の圧力センサーでは、前記本体部の平面視形状は、長方形であり、
前記４つの突出部は、前記本体部の各角部から突出するように形成されていることが好ましい。
これにより、センサーチップを安定した状態でパッケージに搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の圧力センサーの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサーの平面図（上面図）である。
【図３】図１に示す圧力センサーが有するセンサーチップの断面図である。
【図４】図３に示すセンサーチップの分解図（平面図）である。
【図５】図３に示すセンサーチップが有する双音叉型圧電振動片の斜視図である。
【図６】センサーチップの作動を説明する断面図である。
【図７】センサーチップが有する突出部の働きを示す図である。
【図８】本発明の圧力センサーの第２実施形態を示す平面図および断面図である。
【図９】本発明の圧力センサーの第３実施形態を示す平面図である。
【図１０】図９に示すＦ−Ｆ線断面図およびＧ−Ｇ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の圧力センサーを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の圧力センサーの第１実施形態を示す断面図、図２は、図１に示す圧力センサーの平面図（上面図）、図３は、図１に示す圧力センサーが有するセンサーチップの断面図、図４は、図３に示すセンサーチップの分解図（平面図）、図５は、図３に示すセンサーチップが有する双音叉型圧電振動片の斜視図、図６は、センサーチップの作動を説明する断面図、図７は、センサーチップが有する突出部の働きを示す図である。
【００２０】
なお、以下の説明では、図１、図３、図６中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、以下では、図２に示すように、圧力センサーの平面視にて、互いに直交する２つの方向をＸ方向およびＹ方向とする（他の図についても同様）。Ｘ方向は、センサーチップの本体部の短辺の延在方向と一致し、Ｙ方向は、センサーチップの本体部の長辺の延在方向と一致する。
図１に示す圧力センサー１は、パッケージ２と、パッケージ２に収容されたセンサーチップ３とを有している。以下、圧力センサー１が有する各構成について、順次詳細に説明する。
【００２１】
まず、パッケージ２について説明する。
本実施形態では、パッケージ２の平面視形状は、長方形である。なお、パッケージ２の平面視形状としては、これに限定されず、例えば円形、五角形以上の多角形であってもよい。
図１に示すように、パッケージ２は、ベース（本体）２１とリッド（蓋体）２２とを接合して構成されている。ベース２１とリッド２２との接合方法としては、特に限定されず、例えばエポキシ系の接着剤等の各種接着剤を用いて接合することができる。その他、ベース２１およびリッド２２の構成材料等によっては、陽極接合や、直接接合等の各種接合方法を用いることができる。
【００２２】
ベース２１は、平板状の底部２１１と、底部２１１の縁部から立設する枠状の枠部２１２とを有し、箱状（枡上）をなしている。
ベース２１の構成材料としては特に限定されないが、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックス等の各種セラミックスや、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂等の各種樹脂材料などの絶縁性材料であることが好ましい。これにより、一対の電極２３、２４を簡単に絶縁することができる。
【００２３】
また、底部２１１には、一対の電極２３、２４が形成されている。一対の電極２３、２４は、共に、底部２１１の上面（パッケージ２の内面）に形成された内部電極２３１、２４１と、底部２１１の下面（パッケージ２の外面）に形成された外部電極２３２、２４２と、底部２１１に形成されたスルーホール２３３、２４３とを有しており、するホール２３３、２４３を介して、内部電極２３１、２４１と外部電極２３２、２４２とが電気的に接続されている。
【００２４】
このような各電極２３、２４の構成材料としては、実質的に導電性を有していれば特に限定されず、例えば、金、銀、銅、アルミニウムまたはこれらを含む合金等の金属材料、カーボンブラック等の炭素系材料、ポリアセチレン、ポリフルオレンまたはこれらの誘導体等の電子導電性高分子材料、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート等のマトリックス樹脂中に、ＮａＣｌ、Ｃｕ（ＣＦ３ＳＯ３）２等のイオン性物質を分散させたイオン導電性高分子材料、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の導電性酸化物材料のような各種導電性材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２５】
リッド２２は、平板状に形成されており、ベース２１の開口を塞ぐように設けられている。これにより、ベース２１およびリッド２２の内壁で囲まれた空間（キャビティ）Ｓ１が形成される。また、リッド２２には、パッケージ２の内外、すなわち圧力センサー１の外部と空間Ｓ１とを連通する貫通孔２２１が形成されている。これにより、圧力センサー１の外部および空間Ｓ１の圧力を等しく保つことができる。
【００２６】
このようなリッド２２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックス等の各種セラミックスや、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂等の各種樹脂材料や、鉄、銅、アルミニウム等の各種金属材料（合金を含む）等が挙げられる。
【００２７】
次いで、センサーチップ３について説明する。
図１に示すように、センサーチップ３は、パッケージ２内に搭載されている。具体的には、センサーチップ３は、パッケージ２の空間Ｓ１にパッケージ２の内壁と接触しないように収容されており、かつ、一対の接着剤４１、４２によってパッケージ２の底部２１１に固定されている。
【００２８】
図２は、圧力センサー１を上方（リッド２２側）から見たときの平面図である。図２では、リッド２２の図示を省略している。同図に示すように、本実施形態では、センサーチップ３の平面視形状は、略長方形である。このような形状のセンサーチップ３は、その長手方向が、パッケージ２の長手方向と一致するようにパッケージ２内に収容（載置）されている。センサーチップ３をこのように搭載することにより、パッケージ２の空間Ｓ１を効率的に用いることができ、パッケージ２の小型化、すなわち圧力センサー１の小型化を図ることができる。
なお、センサーチップ３の配置や形状は、これに限定されず、センサーチップ３の長手方向がパッケージ２の長手方向と交差していてもよいし、センサーチップ３の平面視形状が例えば円形、五角形以上の多角形等であってもよい。
【００２９】
図１および図２に示すように、本実施形態のセンサーチップ３は、平面視形状が長方形の本体部３１と、本体部３１から突出する一対の突出部３２、３３と、一対の突出部３２、３３の間に形成された切り欠き（応力緩和部）３４とを有している。
突出部３２には、固定部３２１が設けられており、この固定部３２１が接着剤４１を介してパッケージ２に固定されている。また、突出部３３にも、固定部３３１が設けられており、この固定部３２１が接着剤４２を介してパッケージ２に固定されている。このように、１つの突出部に１つの固定部を設けることにより、センサーチップ３を比較的大きく離間した２箇所でパッケージ２に固定することができる。そのため、センサーチップ３をパッケージ２に安定した状態で搭載することができる。
【００３０】
図３は、センサーチップ３の断面図（図２中Ａ−Ａ線断面図）である。同図に示すように、センサーチップ３は、ダイヤフラム５と、圧電振動片層６と、基台７とを有しており、これらが図３中上側から順に積層している。
また、ダイヤフラム５と圧電振動片層６および圧電振動片層６と基台７が、それぞれ、例えば、低融点ガラスやエポキシ系の接着剤を介して接合されている。なお、ダイヤフラム５と圧電振動片層６（圧電振動片層６と基台７）の接合方法としては、特に限定されず、例えば、ダイヤフラム５と圧電振動片層６の構成材料によっては、直接接合、陽極接合、表面活性化接合等を用いてもよい。
【００３１】
以下、センサーチップ３の各構成について順次詳細に説明する。
ダイヤフラム５は、外部からの圧力（図３では上方からの圧力）を受けることにより変形する薄肉部５１と、この薄肉部５１の周囲に形成された枠部５２とを有している。すなわち、ダイヤフラム５は、その下面の縁部を除く中央部に開放する凹部を有し、底面が薄肉な箱状（枡状）をなしているとも言える。また、ダイヤフラム５は、薄肉部５１の下面（基台７側の面）に形成された一対の支持部５３を有している。一対の支持部５３には、圧電振動片層６が有する後述する圧電振動片本体６１が固定されている。
【００３２】
このようなダイヤフラム５と対向するように、基台７が設けられている。基台７は、板状の基部７１と、基部７１の縁部から立設した枠部７２とを有している。すなわち、基台７は、上面の縁部を除く中央部に開放する凹部を有する箱状（枡状）をなしているとも言える。そして、基台７に形成された前記凹部が、ダイヤフラム５に形成された前記凹部と対向することにより空間Ｓ２が形成され、この空間Ｓ２内に、双音叉型圧電振動片８が収容されている。
【００３３】
空間Ｓ２は、真空状態であるのが好ましい。これにより、双音叉型圧電振動片８のＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値を低下させ、周波数安定性を向上させることができる。空間Ｓ２を真空状態とするには、例えば、真空状態（真空の環境下）でダイヤフラム５、圧電振動片層６および基台７を接合する方法や、基台７に貫通孔をあけておき、常圧下でダイヤフラム５、圧電振動片層６および基台７を接合した後、前記貫通孔を介して空間Ｓ２を真空状態とし、貫通孔に充填物（例えば金錫ＡｕＳや金ゲルマＡｕＧｅ等）を充填し封止する方法などが挙げられる。
【００３４】
図４は、センサーチップ３の分解図である。同図に示すように、基台７は、センサーチップ３の平面視にて、ダイヤフラム５から突出するように形成された一対の第１突出部７３、７４を有している。そして、一対の第１突出部７３、７４の間には、切り欠き（空隙）７５が形成されている。
このような第１突出部７３、７４は、枠部７２と一体的に形成されている。第１突出部７３は、後述する第２突出部６４とともに突出部３２を構成し、第１突出部７４は、後述する第２突出部６５とともに突出部３３を構成する。
【００３５】
以上、ダイヤフラム５および基台７の形状について説明したが、ダイヤフラム５および基台７の外形形状は、フォトグラフィ技法とウエットエッチング等の各種エッチング法を用いて一枚の平板から形成することができる。
また、ダイヤフラム５および基台７の構成材料としては、特に限定されず、それぞれ、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス、水晶等の結晶性材料等を用いることができるが、互いに同じ材料で構成されていることが好ましい。さらには、ダイヤフラム５および基台７の構成材料としては、圧電振動片本体６１の構成材料と同一の材料を用いることが好ましい。すなわち、本実施形態では、ダイヤフラム５および基台７は、それぞれ、水晶で構成されているのが好ましい。
【００３６】
このように、ダイヤフラム５と基台７とを同一の材料で構成することにより、線膨張率の違いから生じるセンサーチップ３の不本意な反りや撓み、およびこれらに起因するクラックの発生等を抑制することができる。また、ダイヤフラム５および基台７を圧電振動片本体６１と同一の材料で構成することにより、前述と同様に、線膨張率の違いから生じる圧電振動片本体６１の反りや撓みを抑制することができ、圧力センサー１の検知精度を向上させることができる。
【００３７】
図３および図４に示すように、ダイヤフラム５と基台７との間に介在する圧電振動片層６は、圧電振動片本体６１と、圧電振動片本体６１の周囲を囲むように設けられた枠状の枠部６２と、圧電振動片本体６１と枠部６２とを連結する複数（４本）の連結部６３とを有している。
圧電振動片本体６１は、空間Ｓ２内に収容されるように設けられている。また、圧電振動片本体６１は、互いに離間して設けられた一対の基部６１１、６１２および基部６１１、６１２を連結する双音叉型の振動部６１３で構成されている。このような形状の圧電振動片本体６１は、各基部６１１、６１２がダイヤフラム５の一対の支持部５３に固定されている。基部６１１、６１２と支持部５３との固定方法としては、特に限定されず、例えば低融点ガラスやエポキシ系の接着剤等を用いて接合することができる。
【００３８】
振動部６１３は、間隔を隔てて互いに平行に延在する長手形状の２本の振動ビーム６１３ａ、６１３ｂを有している。このように２本の振動ビーム６１３ａ、６１３ｂを備えることにより、振動部６１３の振動漏れ等を抑制することができ、優れた分解能を発揮するセンサーチップ３を得ることができる。なお、振動ビームの数としては、本実施形態のような２本に限定されず、１本であっても、３本以上であってもよい。
【００３９】
枠部６２は、圧電振動片本体６１の周囲を囲むように設けられており、その内形および外形ともに矩形をなしている。
連結部６３は、圧電振動片本体６１と枠部６２とを連結している。これにより、枠部６２に圧電振動片本体６１が支持される。また、連結部６３は、基部６１１、６１２をそれぞれ両側から支持するように計４本形成されている。また、これら４本の連結部６３は、それぞれ、圧電振動片本体６１の振動部６１３（振動ビーム６１３ａ、６１３ｂ）の延在方向に直交する方向に延在するように形成されている。ただし、連結部６３の数や延在方向としては、圧電振動片本体６１を枠部６２に連結することができれば特に限定されず、例えば、各基部６１１、６１２に対して１本または３本以上の連結部６３が形成されていてもよく、また、連結部６３が振動部６１３の延在方向に平行な方向に延在していてもよい。
【００４０】
また、圧電振動片層６は、センサーチップ３の平面視にて、ダイヤフラム５から突出するように形成された一対の第２突出部６４、６５を有している。そして、一対の第２突出部６４、６５の間には、切り欠き（空隙）６６が形成されている。第２突出部６４は、第１突出部７３と重なるように、かつ第１突出部７３と同形状に形成されており、同様に、第２突出部６５は、第１突出部７４と重なるように、かつ第１突出部７４と同形状に形成されている。
以上、圧電振動片層６の形状について説明したが、圧電振動片層６の外形形状は、フォトグラフィ技法とウエットエッチング等の各種エッチング法を用いて一枚の平板から形成することができる。
【００４１】
また、圧電振動片層６の構成材料としては、圧電特性を有する材料であれば特に限定されないが、水晶であることが好ましい。圧電振動片層６を水晶で構成することにより、優れた温度特性および振動特性を有する圧電振動片本体６１（双音叉型圧電振動片８）を得ることができる。
圧電振動片本体６１には、図５に示すような一対の励振電極９１、９２が形成されており、圧電振動片本体６１と一対の励振電極９１、９２とで双音叉型圧電振動片８が構成されている。双音叉型圧電振動片８は、伸張・圧縮応力に対する感度が良好であり、感圧素子としての分解能が優れている。そのため、このような双音叉型圧電振動片８を用いたセンサーチップ３は、優れた圧力検知能力を発揮することができる。
【００４２】
一対の励振電極９１、９２は、双音叉型圧電振動片８の振動モードが双音叉型圧電振動片８の中心軸Ｊ（振動ビーム６１３ａ、６１３ｂの延在方向と略平行な軸）に対して対称なモードで振動するように配置されている。
図５（Ａ）は、双音叉型圧電振動片８を基台７側から見た斜視図であり、図５（Ｂ）〜（Ｄ）は、それぞれ、双音叉型圧電振動片８の断面図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、励振電極９１は、振動ビーム６１３ａ、６１３ｂ上に形成された複数の電極片９１１と、基部６１１に形成された引き出し電極９１２とを有しており、これらが電気的に接続されている。これと同様に、励振電極９２も、振動ビーム６１３ａ、６１３ｂ上に形成された複数の電極片９２１と、基部６１２に形成された引き出し電極９２２とを有し、これらが電気的に接続されている。なお、引き出し電極９１２、９２２は、それぞれ、圧電振動片層６の基台７側の面に形成されている。
【００４３】
電極片９１１、９２１は、振動ビーム６１３ａ、６１３ｂの長手方向および周方向のそれぞれの方向について交互に位置するように形成されており、かつ、振動ビーム６１３ａと振動ビーム６１３ｂとで配置が逆（対称）となるように形成されている。このような電極配置とすることにより、効率的に前述の振動モードで双音叉型圧電振動片８を振動させることができる。
【００４４】
このような励振電極９１は、連結部６３および枠部６２上に形成された図示しない配線を介して突出部３２に形成された端子９５に電気的に接続されている。さらに、端子９５は、ボンディングワイヤ（導電性のワイヤ）９７を介してパッケージ２に形成された内部電極２３１に電気的に接続されている。これにより、励振電極９１とパッケージ２の外部に露出した外部電極２３２とが電気的に接続され、励振電極９１が圧力センサー１の外部へ引き出される。
【００４５】
同様に、励振電極９２も、連結部６３および枠部６２上に形成された図示しない配線を介して突出部３３に形成された端子９６に電気的に接続されている。さらに、端子９６は、ボンディングワイヤ（導電性のワイヤ）９８を介してパッケージ２に形成された内部電極２４１に電気的に接続されている。これにより、励振電極９２とパッケージ２の外部に露出した外部電極２４２とが電気的に接続され、励振電極９２が圧力センサー１の外部へ引き出される。
【００４６】
ここで、端子９５、９６は、それぞれ、固定部３２１、３３１の上方に形成されているが、このような構成とすることにより、端子９５、９６と内部電極２３１、２４１とを確実に接続することができる。具体的に説明すれば、端子９５へのワイヤ９７の固定（接続）は、超音波を与えることにより行われる。本実施形態では、端子９５の下側に位置する固定部３２１でセンサーチップ３がパッケージ２に固定されているため、前記超音波をワイヤ９７および端子９５に効率的に与えることができる。そのため、ワイヤ９７を端子９５に確実かつ強固に接続することができる。端子９６とワイヤ９８の接続についても同様である。
【００４７】
励振電極９１、９２、端子９５、９６および前記配線の構成材料としては、実質的に導電性を有していれば特に限定されず、例えば、前述した電極２３、２４と同様の構成材料を用いることができる。
このような構成のセンサーチップ３では、本体部３１は、各層の枠部５２、６３、７２およびこれら枠部５２、６３、７２に囲まれた部分で構成され、突出部３２は、第１突出部７３および第２突出部６４で構成され、突出部３３は、第１突出部７４と第２突出部６５で構成され、切り欠き３４は、切り欠き７５、６６で構成されている。
【００４８】
次いで、本発明の特徴である一対の突出部３２、３３およびこれらの間に形成された切り欠き３４について説明するが、それに先立って、圧力センサー１の作動等について説明する。
圧力センサー１（センサーチップ３）は、図６（ａ）に示すような圧力が加わると、図６（ｂ）に示すように、２つの支持部５３の下面（双音叉型圧電振動片８との接合面）が拡開するようにダイヤフラム５の薄肉部５１が撓む。薄肉部５１の撓みによって、支持部５３に固定された双音叉型圧電振動片８にも曲げ方向の力が加えられると共に、一対の支持部５３の拡開に伴う引っ張り（長手方向に向けた延び）の力が加えられる。双音叉型圧電振動片８は、振動部６１３の振動ビーム６１３ａ、６１３ｂに引っ張りの応力が付与されると発振周波数が高くなる特性を有しているため、圧力センサー１（センサーチップ３）に付与された圧力の大きさは、図示しない検知部によって、双音叉型圧電振動片８の発振周波数の変化量を検知し、検知された発振周波数の変化量に基づいて導き出すことができる。
【００４９】
このように、圧力センサー１では、双音叉型圧電振動片８の変形に伴う共振周波数の変化に基づいて加わった圧力の大きさを検知している。そのため、圧力センサー１では、圧力以外の応力（外力）によって双音叉型圧電振動片８が変形してしまうと、加わった圧力の大きさを正確に検知することができなくなるという問題がある。そして、圧力以外に双音叉型圧電振動片８に加わりうる応力として、パッケージ２の熱膨張により発生する応力が考えられる。
【００５０】
具体的には、環境温度の変化等により、圧力センサー１に熱が加わると、パッケージ２およびセンサーチップ３がそれぞれ膨張するが、パッケージ２とセンサーチップ３とでは、構成材料の違いから膨張率が互いに異なる。このような熱膨張率の異なる２つの部材（パッケージ２およびセンサーチップ３）が一対の接着剤４１、４２によって接合されているため、パッケージ２およびセンサーチップ３には、一対の接着剤４１、４２が離間する方向または接近する方向の応力が加わる。
【００５１】
なお、以下では、説明の便宜上、パッケージ２の方がセンサーチップ３よりも熱膨張率が大きい場合について説明する。このような場合には、センサーチップ３には、図７に示すように、一対の接着剤４１、４２が離間する方向の応力（以下、単に「応力」とも言う）が加わることとなる。圧力センサー１では、一対の突出部３２、３３と、これらの間に形成された切り欠き（空隙）３４とを有することにより前記応力を緩和できるようになっている。
【００５２】
具体的に説明すれば、応力は、一対の接着剤４１、４２がパッケージ２の熱膨張に伴って離間することによりセンサーチップ３に加わる。このような応力がセンサーチップ３に加わると、接着剤４１と接着している突出部３２の固定部３２１と、接着剤４２と接着している突出部３３の固定部３３１とが互いに離間するようにＸ方向へ変位・変形する。このような変位・変形は、突出部３２、３３の間に切り欠き３４（空隙）が形成され、突出部３２、３３が互いに独立していることにより達成される。そして、一対の突出部３２、３３は、このような変位・変形によって応力を吸収し、応力が本体部３１に伝わるのを抑制または防止する。このような作用により、圧力センサー１では、如何なる温度においても、検知対象である圧力以外の応力がダイヤフラム５に伝達されるのを抑制し、圧力によってのみ双音叉型圧電振動片８を変形させることができる。すなわち、圧力センサー１は、優れた温度特性を発揮することができる。
【００５３】
特に、本実施形態では、一対の突出部３２、３３は、本体部３１の１つの短辺に相当する部位からＹ方向に突出するように形成されている。さらには、一対の突出部３２、３３は、双音叉型圧電振動片８の振動中心軸Ｊに対して線対称となるように形成されている。これにより、前記応力がセンサーチップ３に伝わった際に、突出部３２、３３が、軸Ｊに対して対称的に変位・変形する。そのため、前記応力がセンサーチップ３に加わっても、双音叉型圧電振動片８の軸Ｊを一定に保つことができ、センサーチップ３とパッケージ２との接触等を防止することができる。その結果、環境温度に関わらず、センサーチップ３の検知精度を維持することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、一対の突出部３２、３３は、互いにＸ方向に離間し、かつＹ方向に向けて突出している。このように、突出部３２、３３が、互いの離間方向に直交する方向に向けて突出（延在）することにより、センサーチップ３に伝わる前記応力を、突出部３２、３３の変形・変位によって、効率的に緩和することができる。
また、本実施形態では、突出部３２、３３が同じ方向に向けて突出しているため、突出部３２、３３の変形・変位を同じような量とすることができる。すなわち、前記応力がセンサーチップ３に伝わった際に、突出部３２、３３の一方が他方に比べて過度に変形することを防止することができる。そのため、突出部３２、３３の変形・変位によって、バランス良く前記応力を緩和することができる。
【００５５】
突出部３２、３３の幅（Ｙ方向における長さ）としては、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であるのが好ましい。このような数値範囲とすることにより、突出部３２、３３の機械的強度を保ちつつ、突出部３２、３３を変形し易くすることができる。そのため、前記応力を、突出部３２、３３の変形・変位によって、効率的に緩和することができる。
【００５６】
また、突出部３２、３３の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であるのが好ましい。このような数値範囲とすることにより、突出部３２、３３の機械的強度を保ちつつ、突出部３２、３３を変形し易くすることができる。そのため、前記応力を、突出部３２、３３の変形・変位によって、効率的に緩和することができる。
【００５７】
また、突出部３２、３３の長さ（Ｘ方向における長さ）としては、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であるのが好ましい。このような数値範囲とすることにより、固定部３２１、３３３の面積を十分に確保することができるとともに、突出部３２、３３のＹ方向への変形量または変位量を、前記応力を緩和するのに十分な量とすることができる。さらには、センサーチップ３の大型化を防止することができる。
【００５８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の圧力センサーの第２実施形態について説明する。
図８は、圧力センサーの第２実施形態を示す平面図および断面図である。
以下、第２実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態にかかる圧力センサーは、センサーチップが有する一対の突出部の配置および形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、図８にて、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００５９】
図８に示すように、本実施形態のセンサーチップ３Ａは、平面視形状が長方形の本体部３１と、本体部３１から突出する一対の突出部３２Ａ、３３Ａを有している。
一対の突出部３２Ａ、３３Ａは、本体部３１を介して対向配置されている。また、一対の突出部３２Ａ、３３Ａは、それぞれ、本体部３１の長辺に対応する部位から突出し、かつ本体部３１のＹ方向における中央部に形成されている。このように一対の突出部３２Ａ、３３Ａを形成することにより、本体部３１の重心が、突出部３２Ａ、３３Ａに設けられた固定部３２１Ａ、３３１Ａに近くなるため、センサーチップ３Ａを安定した状態でパッケージ２に固定することができる。
【００６０】
突出部３２Ａは、本体部３１から延出しＸ方向に延在する第１の延在部３２２Ａと、第１の延在部３２２Ａの先端部から延出しＹ方向に延在する第２の延在部３２３Ａとを有しており、第２の延在部３２３Ａの先端部に固定部３２１Ａが設けられている。また、第２の延在部３２３Ａと本体部３１との間には、切り欠き（空隙）３４１Ａが形成されている。
【００６１】
一方、突出部３３Ａも、本体部３１から延出しＸ方向に延在する第１の延在部３３２Ａと、第１の延在部３３２Ａの先端部から延出しＹ方向に延在する第２の延在部３３３Ａとを有しており、第２の延在部３３３Ａの先端部に固定部３３１Ａが設けられている。また、第２の延在部３３３Ａと本体部３１との間には、切り欠き（空隙）３４２Ａが形成されている。
【００６２】
すなわち、突出部３２Ａ、３３Ａは、互いの離間方向（Ｘ方向）と平行な方向に延在する第１の延在部３２２Ａ、３３２Ａと、互いの離間方向に直交する方向（Ｙ方向）に延在する第２の延在部３２３Ａ、３３３Ａとを有しており、圧力センサー１の平面視にてＬ字状をなしている。突出部３２Ａ、３３Ａをこのような形状とすることにより、固定部３２１Ａ、３３１Ａの間に、切り欠き３４１Ａ、３４２Ａを設けることができるため、第１実施形態で述べたような、パッケージ２の熱膨張によってセンサーチップ３Ａに加わる応力を突出部３２Ａ、３３Ａの変形・変位で緩和することができる。
【００６３】
特に、本実施形態では、突出部３２Ａ、３３Ａがそれぞれ本体部３１の長辺に対応する部位から突出している。そのため、例えば、突出部３２Ａ、３３Ａがそれぞれ本体部３１の短辺に対応する部位から突出している場合と比較して、固定部３２１Ａ、３３１Ａ間の距離を小さくなる。従って、パッケージ２の熱膨張によってセンサーチップ３Ａに加わる応力を比較的小さくすることができる。これにより、前記応力を緩和するための突出部３２Ａ、３３Ａの変形量、変位量が小さくて済み、突出部３２Ａ、３３Ａの破損等を防止することができる。
以上のような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６４】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の圧力センサーの第３実施形態について説明する。
図９は、圧力センサーの第３実施形態を示す平面図、図１０は、図９に示すＦ−Ｆ線断面図およびＧ−Ｇ線断面図である。
以下、第３実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６５】
本発明の第３実施形態にかかる圧力センサーは、センサーチップが有する突出部の数、配置および形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、図９にて、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図９および図１０に示すように、本実施形態のセンサーチップ３Ｂは、平面視形状が長方形の本体部３１と、本体部３１から突出する４本の突出部３２Ｂ、３３Ｂ、３５Ｂ、３６Ｂを有している。
【００６６】
センサーチップ３Ｂの平面視にて、４つの突出部３２Ｂ、３３Ｂ、３５Ｂ、３６Ｂは、時計回り方向にこの順で配置されている。すなわち、突出部３２Ｂは、突出部３３Ｂ、３６Ｂと隣り合い、突出部３３Ｂは、突出部３２Ｂ、３５Ｂと隣り合い、突出部３５Ｂは、突出部３３Ｂ、３６Ｂと隣り合い、突出部３６Ｂは、突出部３３Ｂ、３５Ｂと隣り合っている。
【００６７】
また、４つの突出部３２Ａ、３３Ａ、３５Ａ、３６Ａは、本体部３１の４つの角部から突出するように形成されている。すなわち、本体部３１の各角部に１つの突出部が設けられている。４つの突出部３２Ａ、３３Ａ、３５Ａ、３６Ａをこのような配置とすることにより、センサーチップ３Ｂを安定した状態でパッケージ２に搭載することができる。
突出部３２Ｂは、本体部３１から延出しＹ方向に延在する第１の延在部３２２Ｂと、第１の延在部３２２Ｂの先端部から延出しＸ方向に延在する第２の延在部３２３Ｂとを有しており、第２の延在部３２３Ｂの先端部に固定部３２１Ｂが設けられている。そして、固定部３２１Ｂが接着剤４１によってパッケージ２に固定されている。
【００６８】
また、突出部３３Ｂも、本体部３１から延出しＹ方向に延在する第１の延在部３３２Ｂと、第１の延在部３３２Ｂの先端部から延出しＸ方向に延在する第２の延在部３３３Ｂとを有しており、第２の延在部３３３Ｂの先端部に固定部３３１Ｂが設けられている。そして、固定部３３１Ｂが接着剤４２によってパッケージ２に固定されている。
また、突出部３５Ｂも、本体部３１から延出しＹ方向に延在する第１の延在部３５２Ｂと、第１の延在部３５２Ｂの先端部から延出しＸ方向に延在する第２の延在部３５３Ｂとを有しており、第２の延在部３５３Ｂの先端部に固定部３５１Ｂが設けられている。そして、固定部３５１Ｂが接着剤４３によってパッケージ２に固定されている。
【００６９】
また、突出部３６Ｂも、本体部３１から延出しＹ方向に延在する第１の延在部３６２Ｂと、第１の延在部３６２Ｂの先端部から延出しＸ方向に延在する第２の延在部３６３Ｂとを有しており、第２の延在部３６３Ｂの先端部に固定部３６１Ｂが設けられている。そして、固定部３６１Ｂが接着剤４４によってパッケージ２に固定されている。
すなわち、各突出部３２Ｂ、３３Ｂ、３５Ｂ、３６Ｂは、本体部３１から延出し、隣り合う一対の突出部のうちの一方の突出部との離間方向に延在する１つ目の延在部と、この延在部の先端部から延出し、他方の突出部との離間方向に延在する２つ目の延在部とを有し、２つ目の延在部に前記固定部が設けられている。突出部３２Ｂを例に挙げて具体的に説明すると、突出部３２Ｂは、一方側で隣り合う突出部３３Ｂとの離間方向（Ｘ方向）に延在する第１の延在部３２２Ｂと、他方側で隣り合う突出部３６Ｂとの離間方向（Ｙ方向）に延在する第２の延在部３２３Ｂとを有しており、第２の延在部３２３Ｂに固定部３２１Ｂが設けられている。他の突出部３３Ｂ、３５Ｂ、３６Ｂについても、これと同様である。
【００７０】
各突出部３２Ｂ、３３Ｂ、３５Ｂ、３６Ｂが上述のような形状を有していることにより、隣り合う一対の突出部の間の全てに、切り欠き（空隙）を形成することができる。すなわち、突出部３２Ｂ、３３Ｂ間には切り欠き３４１Ｂが形成され、突出部３３Ｂ、３５Ｂ間には切り欠き３４２Ｂが形成され、突出部３５Ｂ、３６Ｂ間には切り欠き３４３Ｂが形成され、突出部３６Ｂ、３２Ｂ間には、切り欠き３４４Ｂが形成されている。
【００７１】
ここで、本実施形態のセンサーチップ３Ｂでは、パッケージ２の熱膨張によって、突出部３２Ｂ、３３Ｂ間および突出部３５Ｂ、３６Ｂ間には、Ｙ方向の応力が加わり、突出部３３Ｂ、３４Ｂ間および突出部３６Ｂ、３２Ｂ間には、Ｘ方向の応力が加わる。すなわち、各突出部３２Ｂ、３３Ｂ、３５Ｂ、３６Ｂには、Ｘ方向の応力およびＹ方向の応力が合成された応力が加わる。
【００７２】
このような応力が、各突出部３２Ｂ、３３Ｂ、３５Ｂ、３６Ｂに加わった場合には、各突出部は、Ｙ方向に延在する第１の延在部３２２Ｂ、３３２Ｂ、３５２Ｂ、３６２ＢがＸ方向に変位・変形することにより主にＹ方向の応力を緩和し、Ｘ方向に延在する第２の延在部３２３Ｂ、３３３Ｂ、３５３Ｂ、３６３ＢがＹ方向に変位・変形することにより主にＸ方向の応力を緩和するようになっている。従って、このような形状の突出部３２Ｂ、３３Ｂ，３５Ｂ、３６Ｂによれば、パッケージ２の熱膨張によってセンサーチップ３Ｂに加わる応力を緩和することができる。
以上のような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、各突出部が、本体部から延出し、Ｙ方向に延在する第１の延在部と、第１の延在部の先端部から延出し、Ｘ方向に延在する第２の延在部とを有しており、第２の延在部の先端部に固定部が設けられている構成について説明したが、例えば、各突出部は、本体部から延出し、Ｘ方向に延在する第１の延在部と、第１の延在部の先端部から延出し、Ｙ方向に延在する第２の延在部とを有しており、第２の延在部の先端部に固定部が設けられた構成をなしていてもよい。
以上、本発明の圧力センサーを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１……圧力センサー  ２……パッケージ  ２１……ベース  ２１１……底部  ２１２……枠部  ２２……リッド  ２２１……貫通孔  ２３、２４……電極  ２３１、２４１……内部電極  ２３２、２４２……外部電極  ２３３、２４３……スルーホール  ３、３Ａ、３Ｂ……センサーチップ  ３１……本体部  ３２、３２Ａ、３２Ｂ、３３、３３Ａ、３３Ｂ、３５Ｂ、３６Ｂ……突出部  ３２１、３２１Ａ、３２１Ｂ、３３１、３３１Ａ、３３１Ｂ、３５１Ｂ、３６１Ｂ……固定部  ３２２Ａ、３２２Ｂ、３３２Ａ、３３２Ｂ、３５２Ｂ、３６２Ｂ……第１の延在部  ３２３Ａ、３２３Ｂ、３３３Ａ、３３３Ｂ、３５３Ｂ、３６３Ｂ……第２の延在部  ３４、３４１Ａ、３４２Ａ、３４１Ｂ、３４２Ｂ、３４３Ｂ、３４４Ｂ……切り欠き  ４１、４２、４３、４４……接着剤  ５……ダイヤフラム  ５１……薄肉部  ５２……枠部  ５３……支持部  ６……圧電振動片層  ６１……圧電振動片本体  ６１１、６１２……基部  ６１３……振動部  ６１３ａ、６１３ｂ……振動ビーム  ６２……枠部  ６３……連結部  ６４、６５……第２突出部  ６６……切り欠き  ７……基台  ７１……基部  ７２……枠部  ７３、７４……第１突出部  ７５……切り欠き  ８……双音叉型圧電振動片  ９１、９２……励振電極  ９１１、９２１……電極片  ９１２、９２２……引き出し電極  ９５、９６……端子  ９７、９８……ワイヤ  Ｓ１、Ｓ２……空間
【図１】
2011158342.tif 000003
【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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