(57)【要約】【課題】圧電振動子の発振周波数に基づいて周囲の圧力を検出する圧力センサーにおいて、圧力センサー間で感度のばらつきを抑えることである。【解決手段】気密容器の一部を構成するためのダイヤフラムに、圧電振動子を、当該ダイヤフラムの撓みに応じて応力が発生すると共に当該ダイヤフラムに隙間が介在するように固定する工程と、前記ダイヤフラムを容器形成部材に固定して、内部に前記圧電振動子が収納された気密容器を形成する工程と、前記気密容器の形成後に、ダイヤフラムに加わる圧力に対する圧電振動子の発振周波数を調整するために、ダイヤフラムの表面に樹脂からなり、当該ダイヤフラムと共に撓む薄膜を形成する工程と、を備えるように圧力センサーを製造する。これによって、圧力センサー間の感度のばらつきを抑えることができ、さらに圧力センサーの強度も向上させることができる。【選択図】図１
2012154813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの圧力により撓み、気密容器の一部を構成するためのダイヤフラムに、その一面側及び他面側に励振電極が形成された圧電振動子を、当該ダイヤフラムの撓みに応じて応力が発生すると共に当該ダイヤフラムに隙間が介在するように固定する工程と、
前記ダイヤフラムを容器形成部材に固定して、内部に前記圧電振動子が収納されるように気密容器を形成する工程と、
前記気密容器の形成後に、ダイヤフラムに加わる圧力に対する圧電振動子の発振周波数を調整するために、ダイヤフラムの表面に樹脂からなり、当該ダイヤフラムと共に撓む薄膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする圧力センサーの製造方法。
【請求項２】
前記気密容器の形成後に、予め設定された圧力雰囲気で圧電振動子を発振させる工程と、
前記圧電振動子の発振周波数を測定する工程と、
測定された発振周波数に基づいて、前記薄膜の厚さ及びダイヤフラムにおける薄膜を形成する領域の少なくとも一方を決定する工程と、
を備え、
決定した厚さ及び領域あるいは厚さ及び領域のうちいずれか一方に基づいて前記薄膜を形成することを備えたことを特徴とする請求項１記載の圧力センサーの製造方法。
【請求項３】
前記気密容器の形成後に、予め設定した位置からのダイヤフラムのずれ量を検出する工程と、
前記ずれ量に基づいて前記薄膜の厚さ及び薄膜を形成する領域の少なくとも一方を決定する工程と、
を備え、
決定した厚さ及び領域あるいは厚さ及び領域のうちいずれか一方に基づいて前記薄膜を形成することを備えたことを特徴とする請求項１記載の圧力センサーの製造方法。
【請求項４】
ダイヤフラムの厚さは１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の圧力センサーの製造方法。
【請求項５】
前記容器形成部材は気密容器の側壁と底部とをなし、
前記ダイヤフラムは容器形成部材上に設けられる気密容器の蓋をなし、
前記薄膜は側壁の内縁上に、ダイヤフラムを補強するために設けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の圧力センサーの製造方法。
【請求項６】
外部からの圧力により撓むように構成されたダイヤフラムを備えた圧力センサーにおいて、請求項１ないし５のいずれか一つの方法により製造されたことを特徴とする圧力センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子の周波数変化に基づいて圧力を感知する圧力センサーの製造方法及び当該圧力センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のタイヤの内部の圧力を測定し、設定された空気圧以下になると警報を発するＴＰＭＳ（タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム）が実用化されている。このＴＰＭＳを構成する圧力センサーとして、水晶振動子を用いたものが提案されている。
【０００３】
図１７はこの種の圧力センサーの一例を示している。この圧力センサー１０１は容器１０２を備えており、容器１０２の上部には内面側を切り欠いた凹部１０３が形成され、この凹部１０３の底部分である薄肉部によりダイヤフラム１０４が構成されている。当該ダイヤフラム１０４は容器１０２の蓋体をなし、容器１０２の側壁及び底部をなす容器本体１０５に接着されている。前記ダイヤフラム１０４の凹部１０３には水晶振動子１０５が架け渡されて固定されており、測定雰囲気から受ける圧力に応じて当該ダイヤフラム１０４が撓むと、水晶振動子１０５に引っ張り応力が加わり、その発振周波数が変化する。そして、水晶振動子１０５の励振電極１０６、１０７は電気的に接続された導電路１０８、１０９を介して不図示の発振回路に接続され、発振周波数の出力に基づいて、測定雰囲気の圧力が検出される。図中１１０は導電性接着材である。
【０００４】
前記圧力センサー１０１の感度を上げることが検討されており、そのためにダイヤフラム１０４に加わる圧力に対して当該ダイヤフラム１０４の変形量が大きくなるようにダイヤフラム１０４を薄くすることが検討されている。しかし、そのように上記のダイヤフラム１０４を薄くすると、ダイヤフラム１０４に加わる応力に対する変形量のばらつきが大きくなる。それによって、所定の圧力雰囲気における水晶振動子１０５の発振周波数がばらつき、測定の精度が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
また、上記のように水晶振動子の発振周波数がばらつく要因になるものとして、圧力センサー１０１の組み立て工程の誤差がある。具体的な例を挙げて説明すると、ダイヤフラム１０４が容器本体１０５に対して、図１７に示す位置からずれて接着される場合がある。このずれ量が圧力センサー１０１間でばらつくことによって、所定の圧力雰囲気におけるダイヤフラム１０４の変形具合がばらつき、結果として前記発振周波数がばらついてしまうおそれがある。このような事情から、圧力センサー１０１の組み立て後、圧力センサー１０１の感度のばらつきを補正する方法が求められていた。
【０００６】
特許文献１にはダイヤフラムに当該ダイヤフラムの補強用パターンを形成することについて記載されており、特許文献２ではダイヤフラムの表面に酸化アルミニウムを成膜して当該ダイヤフラムを補強することについて記載されているが、これら特許文献１、２では上記のように圧力センサーの感度がばらつくことについては言及されておらず、このような問題を解決できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１１８９３６号公報（段落０００７、図１）
【特許文献２】特開２００１−１９４２０１号公報（段落００４４、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、圧電振動子の発振周波数に基づいて周囲の圧力を検出する圧力センサーにおいて、圧力センサー間で感度のばらつきを抑えることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧力センサーの製造方法は、外部からの圧力により撓み、気密容器の一部を構成するためのダイヤフラムに、その一面側及び他面側に励振電極が形成された圧電振動子を、当該ダイヤフラムの撓みに応じて応力が発生すると共に当該ダイヤフラムに隙間が介在するように固定する工程と、
前記ダイヤフラムを容器形成部材に固定して、内部に前記圧電振動子が収納されるように気密容器を形成する工程と、
前記気密容器の形成後に、ダイヤフラムに加わる圧力に対する圧電振動子の発振周波数を調整するために、ダイヤフラムの表面に樹脂からなり、当該ダイヤフラムと共に撓む薄膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記圧力センサーの製造方法の具体的な態様としては、例えば下記の通りである。
（１）前記気密容器の形成後に、予め設定された圧力雰囲気で圧電振動子を発振させる工程と、
前記圧電振動子の発振周波数を測定する工程と、
測定された発振周波数に基づいて、前記薄膜の厚さ及びダイヤフラムにおける薄膜を形成する領域の少なくとも一方を決定する工程と、
を備え、
決定した厚さ及び領域あるいは厚さ及び領域のうちいずれか一方に基づいて前記薄膜を形成する。
【００１１】
（２）前記気密容器の形成後に、予め設定した位置からのダイヤフラムのずれ量を検出する工程と、
前記ずれ量に基づいて前記薄膜の厚さ及び薄膜を形成する領域の少なくとも一方を決定する工程と、
を備え、
決定した厚さ及び領域あるいは厚さ及び領域のうちいずれか一方に基づいて前記薄膜を形成する。
（３）ダイヤフラムの厚さは１ｍｍ以下である。
（４）前記容器形成部材は気密容器の側壁と底部とをなし、
前記ダイヤフラムは容器形成部材上に設けられる気密容器の蓋をなし、
前記薄膜は側壁の内縁上に、ダイヤフラムを補強するために設けられる。
【００１２】
本発明の圧力センサーは、外部からの圧力により撓むように構成されたダイヤフラムを備えた圧力センサーにおいて、上記の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内部の気密空間に収納された圧電振動子がダイヤフラムの撓みに応じて応力が発生するように容器を形成した後、ダイヤフラムの表面に樹脂からなる薄膜を形成する。これによって、容器の形成後にダイヤフラムに加わる圧力に対する圧電振動子の発振周波数を調整することができるため、圧力センサー間で感度のばらつきを抑えることができる。また、この薄膜によりダイヤフラムの強度を高め、破損を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る圧力センサーの縦断側面図である。
【図２】前記圧力センサーに設けられる水晶振動子の平面図である。
【図３】ダイヤフラムの下面図である。
【図４】前記圧力センサーの上面図である。
【図５】前記圧力センサーの作用図である。
【図６】第１の実施の形態に係る前記圧力センサーの各部を製造するための工程図である。
【図７】前記圧力センサーを製造するための工程図である。
【図８】前記圧力センサーを製造するための工程図である。
【図９】前記圧力センサーを製造するための工程図である。
【図１０】測定周波数と感度調整膜の寸法を示すテーブルの一例を示す模式図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る圧力センサーを製造するための工程図である。
【図１２】前記圧力センサーの上面図である
【図１３】蓋と容器本体のずれと感度調整膜の寸法を示すテーブルの一例を示す模式図である。
【図１４】感度調整膜が形成された前記圧力センサーの縦断側面図である。
【図１５】従来の圧力センサーの圧力分布を示した模式図である。
【図１６】実施の形態で示した圧力センサーの圧力分布を示した模式図である。
【図１７】従来の圧力センサーの縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る製造方法により製造される圧力センサー１について、その縦断側面図である図１を参照しながら説明する。圧力センサー１は、図１に示すように例えば矩形の容器１１を構成するベース２１、囲み部材であるスペーサー２２、ダイヤフラム３、感度調整膜４がこの順番に下側から上側へ向けて積層されて構成されている。容器１１の内部空間１２は気密空間として形成され、当該内部空間１２に圧電振動子である水晶振動子５が設けられている。前記ベース２１、スペーサー２２及びダイヤフラム３は、例えばＺカットの水晶により構成されている。
【００１６】
水晶振動子５は、圧電片として例えばＡＴカットされた水晶片５１を備えており、水晶片５１は長方形に形成されている。図２（ａ）、（ｂ）は、夫々水晶振動子５の一面（上面）、他面（下面）を夫々示しており、水晶片５１の一面及び他面には当該水晶片５１を励振させるための励振電極５２ａ、５２ｂが形成されている。励振電極５２ａ、５２ｂから水晶片５１の短辺に向かって互いに逆方向に引き出された引き出し電極５３ａ、５３ｂが形成されている。
【００１７】
容器１１の上蓋をなすダイヤフラム３の中央部の下面には、図３に示すように水晶振動子５の一面側に臨む円形の凹部３１が形成されている。凹部３１の直径は、水晶振動子５の長さ方向の長さよりも短く形成されている。凹部３１が形成されることにより、ダイヤフラム３の中央部の厚みが周縁部の厚みに比べて小さくなっており、この中央部は薄肉部３２として構成されている。
【００１８】
図１に示すようにダイヤフラム３の上面（一面）は、例えば車両に設けられたタイヤの内部空間などの測定雰囲気１Ａに臨み、ダイヤフラム３はその測定雰囲気１Ａの圧力に応じて変形する。即ち、測定雰囲気１Ａの圧力が容器１１の内部空間１２の圧力よりも大きくなったときにダイヤフラム３は容器１１の内側へ撓むことになる。前記薄肉部３２は、この内側への撓みを大きくする役割を有する。図中Ｈで示すダイヤフラム３の厚さは、例えば１ｍｍ以下に構成される。
【００１９】
ダイヤフラム３の他面（下面）には、ダイヤフラム３の周縁から凹部３１に向けて導電膜からなる導電路３３，３４が互いに逆方向に伸びており、導電路３２、３３は凹部３１の開口縁まで伸びている。導電路３３、３４は、例えばＣｒ膜及びＡｕ膜からなる積層膜であり、Ｃｒ膜がダイヤフラム３側に設けられた下地膜を構成し、Ａｕ膜がＣｒ膜を被覆している。
【００２０】
水晶振動子５は、その長さ方向の両端部がダイヤフラム３の凹部３１の外周縁部分に例えば低融点ガラスペーストからなる接着材１３を介して固定され、両持ち梁構造としてダイヤフラム３に支持されている。図１では便宜上水晶振動子５の一端側に設けられた接着材１３のみ示している。水晶振動子５の他面側の引き出し電極４３ｂと前記導電路３４とが導電性部材１４により電気的に接続されており、導電性部材１４は、例えばＡｇ（銀）ペーストにより構成される。
【００２１】
前記スペーサー２２とベース２１とは容器本体２を構成する。スペーサー２２は角型のリング状に形成されており、容器１１の側壁部をなし、前記内部空間１２を形成している。ベース２１は角型の板であり、容器１１の底部をなす。ダイヤフラム３、スペーサー２２及びベース２１は、例えば低融点ガラスペーストなどの不図示の接着材により互いに接合されている。
【００２２】
続いて、感度調整膜４について圧力センサー１の上面を示した図４も参照しながら説明する。感度調整膜４は例えばエポキシ樹脂により構成されており、ダイヤフラム３上にその外縁に沿って角型のリング状に形成されている。ダイヤフラム３の変形に追従して感度調整膜４も変形する。
【００２３】
この感度調整膜４は、ダイヤフラム３の変形量を調整し、所定の圧力雰囲気において水晶振動子５から出力される発振周波数が許容範囲内に収まるようにするために設けられている。より詳しく説明すると、背景技術の項目で説明したようにダイヤフラム３を薄く構成することにより、当該ダイヤフラム３における所定の圧力雰囲気での変形量がダイヤフラム３ごとにばらつく場合があるため、圧力センサー１ごとに感度調整膜４はその寸法を変えて成膜され、各圧力センサー１間の感度のばらつきを抑えるように形成されている。圧力センサー１ごとに変更される前記寸法とは、例えば図１にＨ１で示す厚さと、図４にＬ１で示す圧力センサー１の長さ方向の径の大きさ、即ち膜の形成領域とである。圧力センサー１の幅方向の径の大きさは、この例では圧力センサー１ごとに一定に構成される。
【００２４】
また、この感度調整膜４は、ダイヤフラム３を補強する役割を有している。後述のシミュレーションに示されるように、圧力センサー１の使用時にダイヤフラム３において、スペーサー２２の内縁に接する領域Ｒの圧力が高くなる。そこで、この領域Ｒを補強して破損を防ぐために、感度調整膜４の内縁は、例えば当該領域Ｒよりも内側に位置するように構成されている
【００２５】
ダイヤフラム３に設けられた導電路３３，３４は、圧力センサー１の外部に設けられた外部導電路３５、３６を介して水晶振動子５を発振させる発振回路３７に接続されている。発振回路３７の後段側には、圧力センサー１から出力された信号の周波数を計測すると共に、計測された周波数に基づいて測定雰囲気１Ａの圧力を計測する計測部３８が設けられている。
【００２６】
測定雰囲気１Ａの圧力が高くなると、ダイヤフラム３の撓みが大きくなり水晶振動子５に加わる引っ張り応力が上昇して、水晶振動子５の共振周波数が変化し、この共振周波数の変化に応じて発振周波数が変化する。図５は、図１よりも測定雰囲気１Ａの圧力が高くなり、ダイヤフラム３の撓みが大きくなった状態を示している。このように、変化した周波数信号が外部導電路３５、３６及び発振回路３７を介して計測部３８に出力される。例えば計測部３８では、例えば予め作成してメモリ（不図示）に記憶した周波数と圧力との関係データとから、周波数の計測値に対応する圧力値が読み出され、測定雰囲気１Ａの圧力が検出される。測定雰囲気１Ａの圧力が低くなると、ダイヤフラム３の撓みが小さくなり、水晶振動子５に加わる引っ張り応力が減少して、水晶振動子５の共振周波数が変化する。そして、圧力が高くなったときと同様に発振周波数に基づいて、測定雰囲気１Ａの圧力が検出される。
【００２７】
続いて、第１の実施形態に係る圧力センサー１の製造方法について図６〜図９を参照しながら説明する。ダイヤフラム３形成用のウエハ６１、スペーサー２２形成用のウエハ６２及びベース２１形成用のウエハ６３を用意する。これらウエハ６１〜６３は、例えばＺカットされた水晶板により構成されている。この例ではこれらのウエハ６１〜６３から夫々、圧力センサー１の構成部品であるダイヤフラム３、スペーサー２２、ベース２１を４つ同時に製造できるように、各ウエハ６１〜６３の縦横にこれらの各部品の形成領域６４〜６６を４つずつ設定する。
【００２８】
既述の凹部３１を形成するために、ウエハ６１における前記部品形成領域６４についてフォトリソグラフィーによりパターンを備えたマスクを形成する。そして、前記マスクのパターンに沿ってエッチングを行い、凹部３１を形成する。然る後、ウエハ６１〜６３における部品形成領域６４〜６６に対してフォトリソグラフィーによりダイヤフラム３、スペーサー２２、ベース２１の各外形を形成するためのパターンを備えたマスクを形成する。そして、マスクのパターンに沿って各ウエハ６１〜６３を厚さ方向にエッチングして、ウエハ６１〜６３にダイヤフラム３、スペーサー２２、ベース２１の外形を夫々形成する。
【００２９】
図６（ａ）は、凹部３１と、ダイヤフラム３の外形とが形成された状態のウエハ６１を示している。また、図６（ｂ）、（ｃ）は、スペーサー２２、ベース２１の外形が夫々形成された状態のウエハ６２、６３を示している。なお、これらの図６（ａ）〜図６（ｃ）においては、図を見やすくするためにエッチングによりウエハの表裏が貫通された領域にハッチングを付しており、従って各ハッチングはウエハの断面を示すものではない。これら各部品の外形は、ウエハ６１〜６３を互いに重ね合わせたときに既述の容器１１が４つ同時に形成される位置に形成される。なお、図中６０はエッチングされずにウエハ６１〜６３に残された保持部であり、ダイヤフラム３、スペーサー２２、ベース２１をこれらウエハ６１〜６３に保持させる。
【００３０】
また、ＡＴカットのウエハから水晶振動子５の製造を行う。この水晶振動子５の製造方法としては、ダイヤフラム３の外形を形成する場合と同様に前記ウエハをエッチングして水晶片４１の外形を形成した後、スパッタによりその外形に金属膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィーにより、前記金属膜上にパターンを備えたマスクを形成し、前記パターンに沿って金属膜をエッチングして、励振電極５２ａ、５２ｂ及び引き出し電極５３ａ、５３ｂを形成する。
【００３１】
続いて、ウエハ６１に形成したダイヤフラム３の下面にスパッタにより金属膜を形成し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、その金属膜から導電路３３、３４を形成する（図７（ａ）、（ｂ））。そして、図７（ｃ）に示すように、水晶振動子５の上面の長さ方向の両端部をダイヤフラム３の凹部３１の外周縁部に接着材１３を介して貼り合わせ、大気中で４００℃〜５００℃に加熱する。これによって、上記したように水晶振動子５の長さ方向の両端がダイヤフラム３に固定される。然る後、図７（ｄ）に示すようにダイヤフラム３に導電性部材１４を塗布して、水晶振動子５の引き出し電極５３ｂと導電路３３とを電気的に導通させる。そして、酸素を含んだ雰囲気で４００℃〜５００℃の温度で焼成し、当該導電性部材１４中の溶媒及びバインダーを除去する。
【００３２】
続いて、ウエハ６１とウエハ６２とウエハ６３とを低融点ガラスペーストなどの接着材を介して重ね合わせ、窒素雰囲気中で３００℃〜４００℃に加熱して、これらウエハ６１、６２、６３を互いに接着し、容器１１を形成する。この接着後ダイシングを行い、容器１１がウエハ６１〜６３から切り離される（図８（ａ））。
【００３３】
続いて、予め設定された圧力の雰囲気に容器１１を設置し、外部導電路３５、３６を介してダイヤフラム３の導電路３３、３４を、図１で示したように発振回路３７及び計測部３８に接続する（図８（ｂ））。そして、発振回路３７により水晶振動子５を発振させ、その水晶振動子５から出力される信号の周波数を計測部３８により測定する。
【００３４】
図１０は、前記計測部３８により測定される発振周波数の範囲と、前記発振周波数を許容範囲内に収めるために要する感度調整膜４の膜厚Ｈ１と、既述の径の長さＬ１との対応関係を示したテーブル７１である。このテーブル７１の各数値は予め実験を行うことにより設定しておく。ユーザは、このテーブルを参照して、測定された周波数に対応する前記膜厚Ｈ１と、径の長さＬ１とを決定する。
【００３５】
そして、ユーザは容器１１から外部導電路３５、３６を一旦取り外した後、容器１１を樹脂塗布装置に搬送する。この樹脂塗布装置は、容器１１の位置を固定する冶具６５と、液体状のエポキシ樹脂６９を吐出するノズル６６と、を備えている。ノズル６６は冶具６５に固定された容器１１上を移動自在に構成され、その移動する領域及びノズル６６ノズル６６から供給される樹脂の流量がコンピュータにより制御される。ユーザは前記コンピュータにより、決定した膜厚Ｈ１及び径の長さＬ１で感度調整膜４が形成されるように、ノズル６６の移動領域及びノズル６６からの樹脂の吐出流量の設定を行う。
【００３６】
例えば冶具６５，６５により容器１１のダイヤフラム３を側方から押圧して固定した後、図９（ａ）に示すように設定した移動領域をノズル６６が移動すると共に設定した流量で樹脂６９がダイヤフラム３に供給される。然る後、容器１１を例えば１００℃〜２００℃に加熱し、樹脂６９を硬化させ、決定した膜厚Ｈ１及び径の長さＬ１で感度調整膜４が形成され、圧力センサー１が製造される（図９（ｂ））。その後、図１に示すように圧力センサー１は測定雰囲気１Ａにダイヤフラム３が面するように設置されると共に部導電路３５、３６を介して再度発振回路３７及び計測部３８に接続される。
【００３７】
この実施の形態では、容器１１を形成した後に感度調整膜４を形成しているので、容器１１の形成時に所定の圧力に対するダイヤフラム３の変形量がばらつくことで、水晶振動子５からの出力がばらついても、圧力センサー１ごとに個別に感度調整膜４の寸法を制御して形成することで、その変形のばらつきを補正することができる。従って、圧力センサー１の感度のばらつきを抑えることができる。ところで、感度調整膜４を構成する材料として樹脂を用いている理由について説明すると、樹脂により感度調整膜４を形成する代わりに金属を用いてスパッタリングや蒸着などにより感度調整膜４を形成しようとすると、容器１１を真空雰囲気に置かなければならないし、より高温の雰囲気で処理を行うことになるため手間がかかる。また、これらスパッタリングや蒸着では成膜速度が遅いので処理時間が長くなってしまうおそれがある。しかし、樹脂により感度調整膜４を形成する場合は、大気雰囲気で形成でき、加熱温度も比較的低いし、成膜速度も早いので、容器１１の形成後、速やかに且つ容易に感度調整膜４を形成して、圧力センサー１の特性を調整することができるという利点がある。
【００３８】
この圧力センサー１では、使用時において大きな圧力がダイヤフラム３に加わった場合に、ダイヤフラム３において破損が起こりやすい領域Ｒ上に感度調整膜４が形成されているため、当該領域Ｒが補強され、圧力センサー１の使用時に破損が起こりにくい。このダイヤフラム３を補強するという観点から見ても、樹脂はヤング率が比較的小さいため、金属などのヤング率が高い材料に比べて補強効果が高いので好ましい。さらに、感度調整膜４を設けることで、取り扱う際にダイヤフラム３に傷が付くことを防いだり、圧力センサー１の製造後に行う落下試験の衝撃からダイヤフラム３を保護することができるという利点がある。
【００３９】
また、ダイヤフラム３を例えばセラミックスなどにより構成し、当該ダイヤフラム３を研削して、その形状を制御することでダイヤフラム３の強度を高めることも可能であるが、上記の実施形態のように樹脂からなる膜を形成する方が容易にダイヤフラム３の強度を高め、圧力センサー１の製造が容易になるという利点がある。
【００４０】
続いて、第２の実施形態に係る圧力センサーの製造方法について説明する。この第２の実施形態の圧力センサーでは、後述のようにダイヤフラム３のずれを容易に検出するために、例えばスペーサー２２及びベース２１が一体的に形成されている。これらスペーサー及びベース２１は、例えばウエハ６３をエッチングして、既述の内部空間１２に相当する凹部を形成することにより行われる。そのような差異を除き、ウエハ６１、６３の加工からウエハ６１、６３を接着して容器１１を形成するまで、第１の実施形態と同様に処理が行われる。図１１は、そのように形成された容器１１を示している。
【００４１】
ところで、容器１１の組み立ての精度によっては図１１に示すようにダイヤフラム３と容器本体２とが、互いにずれて接着されて当該容器１１が形成される場合がある。この第２の実施形態では、このようにダイヤフラム３と容器本体２とが互いにずれて接着された場合における圧力センサー１の感度のバラつきを抑えることを目的とする。
【００４２】
容器１１の組み立て後、カメラ６６で上方から容器１１を撮像する。例えばカメラ６６に接続されたコンピュータは、得られた画像に基づき、図１２に示すダイヤフラム３の長辺の中心点Ａ１及び容器本体２の長辺の中心点Ａ２を特定し、Ａ１、Ａ２の距離を検出する。さらに前記コンピュータは、前記画像に基づいて、図１２に示すダイヤフラム３の短辺の中心点Ｂ１及び容器本体２の中心点Ｂ２を特定し、Ｂ１、Ｂ２の距離を検出する。コンピュータは、検出したＡ１-Ａ２の距離、Ｂ１-Ｂ２の距離をディスプレイなどの表示手段に表示する。
【００４３】
図１３は、Ａ１-Ａ２の距離の範囲と、Ｂ１-Ｂ２の距離の範囲と、圧力センサー１の発振周波数を許容範囲内に収めるために要する感度調整膜４の膜厚Ｈ１と、既述の径の長さＬ１との対応関係を示したテーブル７２である。ユーザは、このテーブル７２にから得られたＡ１−Ａ２の距離及びＢ１−Ｂ２の距離に対応する感度調整膜４の厚さＨ１及び前記径の長さＬ１を検索して決定する。このようなテーブルの各数値は、予め実験により設定しておく。感度調整膜４の厚さＨ１及び径の大きさＬ１を決定した後は、第１の実施形態と同様に冶具６５によりダイヤフラム３を固定し、第１の実施形態と同様に感度調整膜４の形成を行う。図１４は、このように感度調整膜４が形成された圧力センサー１を示している。
【００４４】
この第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、感度調整膜４を設けることでダイヤフラム３と容器本体２との接着位置のずれにより、圧力センサー間で発振周波数がばらつくことが抑えられる。結果として圧力センサー１の感度がばらつくことが抑えられる。また、第１の実施形態と同様に感度調整膜４により、ダイヤフラム３を補強することもできる。
【００４５】
各実施形態において、感度調整膜４は、エポキシ樹脂に限られず、ポリイミド樹脂、Ｓｉ（シリコン）系接着剤、レジストなどによる樹脂を用いてもよい。また、感度調整膜４の形状としては上記の例に限られず、ダイヤフラム３の表面全体に亘って形成してもよいし、感度調整膜４の周縁部の膜厚が高く、中央部の膜厚が低くなるように形成してもよい。また感度調整膜４を形成するにあたり、上記の実施形態ではノズルから樹脂を吐出するいわゆるディスペンス法を用いているが、スクリーン印刷法など他の方法により感度調整膜４を形成してもよい。
【００４６】
上記の実施形態では、感度調整膜４の厚さ及び形成領域の両方を圧力センサー１ごとに変更しているが、厚さ及び形成領域のうちいずれか一方のみを変更するようにしてもよい。上記の実施形態では応力感応素子として水晶振動子を用いているが、代わりにＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3またはＬａ3ＧＡ5ＳｉＯ14などの圧電単結晶を用いてもよい。ダイヤフラム３は水晶に構成されることに限られず、ガラス、Ｓｉ、金属板、またはセラミックスにより構成してもよい。
【００４７】
続いて、本発明に関連して行われたシミュレーションについて説明する。感度調整膜４が無い圧力センサー１（サンプル１とする）と、感度調整膜４を設けた圧力センサー１（サンプル２とする）において、夫々の圧力センサー１のダイヤフラム３の厚さ方向に６ｋｇ／ｃｍ２の圧力が加わった状態を設定した。そして、ダイヤフラム３の面内における応力分布を調べた。図１５はサンプル１の応力分布の結果を示したものである。実際の測定結果は応力の分布がカラーのグラデーションとしてモニターに出力されているが、図１５ではその応力分布を等高線表示により概略的に示したものである。図の表示において、塗りつぶした箇所＞網目を付した箇所＞多数の点を付した箇所＞斜線を付した箇所＞無地の領域の順に強い応力が発生している。この図１５に示すように、ダイヤフラム３とスペーサー２２とを貼り合わせている部分、即ち領域Ｒ及びその周辺に応力が集中している。
【００４８】
図１６は、サンプル２の応力分布の結果をサンプル１と同様に模式的に示したものである。このサンプル２でもダイヤフラム３とスペーサー２２とを貼り合わせている部分に応力が集中しているが、応力の集中している領域が狭くなり、サンプル１に比べて応力が面内に広く分散されている。サンプル１、サンプル２で最も応力が集中している箇所を夫々比較すると、サンプル２ではサンプル１に比べて３０％応力の低下が見られた。また、サンプル１、サンプル２でダイヤフラム３の感度を比較したところ、サンプル２のサンプル１に対する感度の低下は９％に留まった。このシミュレーションから、感度調整膜４を設けることで感度を大きく低下させること無く、圧力センサー１を補強できることが確認された。
【符号の説明】
【００４９】
１            圧力センサー
１１          容器
１２          内部空間
２            容器本体
２１          ベース
２２          スペーサー
３            ダイヤフラム
３１              凹部
３２              薄肉部
４                感度調整膜
５                水晶振動子
５１              水晶片
５２ａ、５２ｂ    励振電極
【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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