(57)【要約】【課題】外部部材に固定されることに起因する応力によって、感圧素子の発振周波数が変動することを抑制できる圧力センサー素子を提供する。【解決手段】本発明に係る圧力センサー素子１００では、支持部１０は、感圧部２０を囲むように設けられている複数の腕部１２，１４を含み、複数の腕部１２，１４のうちの第１腕部１２は、第１接続部１１を介して、感圧部２０に接続されていて感圧部２０の全周を囲んでいる形状であり、複数の腕部１２，１４のうちの最外に配置されている腕部１４は固定部１６を有して、第２接続部１３を介して第１腕部１２に接続されており、第１接続部１１と第２接続部１３とが感圧部２０を挟むように配置されている。【選択図】図１
2013246121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台、前記基台に固定されていて前記基台と平面視で重なっているダイヤフラム、および前記ダイヤフラムに固定され、前記ダイヤフラムおよび前記基台によって区画されている空間に収容されている感圧素子を有し、圧力を受けて、前記圧力を検知するための感圧部と、
前記感圧部と一体に構成されていて前記感圧部を支持している支持部と、
を含み、
前記支持部は、前記感圧部を囲むように設けられている複数の腕部を含み、
前記複数の腕部のうちの第１腕部は、第１接続部を介して、前記感圧部に接続されていて前記感圧部の全周を囲んでいる形状であり、
前記複数の腕部のうちの最外に配置されている腕部は固定部を有して、第２接続部を介して前記第１腕部に接続されており、
前記第１接続部と前記第２接続部とが前記感圧部を挟むように配置されていることを特徴とする圧力センサー素子。
【請求項２】
前記第１接続部は、前記第１腕部の、前記感圧部の一方側に位置している部分に接続されており、
前記第２接続部は、前記第１腕部の、前記感圧部の他方側に位置している部分に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー素子。
【請求項３】
前記感圧部は、前記支持部によって片持ち状に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサー素子。
【請求項４】
前記支持部は、前記ダイヤフラムと一体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力センサー素子。
【請求項５】
請求項１ないし４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収容しているパッケージと、
を含むことを特徴とする圧力センサー。
【請求項６】
請求項１ないし４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が搭載されているプリント基板と、
を含み、
前記ダイヤフラムは、前記基台よりも前記プリント基板側に位置していることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
母基板を準備する工程と、
母基板を加工して、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムから突出する支持部と、を同時に形成する工程と、
前記ダイヤフラムに感圧素子を固定する工程と、
基台に前記ダイヤフラムを固定し、前記ダイヤフラムおよび前記基台によって区画される空間に前記感圧素子を収容する工程と、
を含み、
前記ダイヤフラムと前記支持部とを同時に形成する工程において、
前記支持部は、前記感圧部を囲む複数の腕部を含むように形成され、
前記複数の腕部のうちの第１腕部は、第１接続部を介して、前記感圧部に接続して前記感圧部の全周を囲む形状となるように形成され、
前記複数の腕部のうちの最外に配置される腕部は固定部を有して、第２接続部を介して前記第１腕部に接続するように形成され、
前記第１接続部と前記第２接続部とが前記感圧部を挟むように形成されることを特徴とする圧力センサー素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサー素子およびその製造方法、圧力センサー、並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力センサーとして、パッケージと、パッケージ内に搭載された圧力センサー素子と、を有する構成が知られている。圧力センサー素子には、ダイヤフラムを含んで構成されているものがある。このダイヤフラム式の圧力センサー素子は、ダイヤフラムの薄肉部に加わる圧力によって薄肉部が撓むので、この撓みを感圧素子（例えば双音叉型振動子）で検知することにより圧力を測定している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、セラミックスからなるパッケージのベースに、接着剤を介して、ダイヤフラムを有するセンターチップが固定された圧力センサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５８３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような圧力センサーでは、圧力センサー素子がパッケージなどの外部部材に固定されていることに起因する応力が、ダイヤフラムに伝達することがある。これにより、感圧素子の発振周波数が変動してしまい、圧力センサー素子の検出感度が低下することがある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、外部部材に固定されることに起因する応力によって、感圧素子の発振周波数が変動することを抑制できる圧力センサー素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧力センサー素子の製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧力センサー素子を有する圧力センサーを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧力センサー素子を有する電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前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、以下の態様または適用例として実現することができる。
【０００８】
［適用例１］
本適用例に係る圧力センサー素子は、
基台、前記基台に固定されていて前記基台と平面視で重なっているダイヤフラム、および前記ダイヤフラムに固定され、前記ダイヤフラムおよび前記基台によって区画されている空間に収容されている感圧素子を有し、圧力を受けて、前記圧力を検知するための感圧部と、
前記感圧部と一体に構成されていて前記感圧部を支持している支持部と、
を含み、
前記支持部は、前記感圧部を囲むように設けられている複数の腕部を含み、
前記複数の腕部のうちの第１腕部は、第１接続部を介して、前記感圧部に接続されてい
て前記感圧部の全周を囲んでいる形状であり、
前記複数の腕部のうちの最外に配置されている腕部は固定部を有して、第２接続部を介して前記第１腕部に接続されており、
前記第１接続部と前記第２接続部とが前記感圧部を挟むように配置されている。
【０００９】
このような圧力センサー素子によれば、圧力センサー素子がパッケージなどの外部部材に固定されることに起因する応力（例えば、支持部の線膨張係数と外部部材の線膨張係数との差に起因する応力や、接着剤によって固定されていることに起因する応力）がダイヤフラムに伝達されることを抑制できる。これにより、このような圧力センサー素子は、外部部材に固定されることに起因する応力によって、感圧素子の発振周波数が変動することを抑制できる。
【００１０】
［適用例２］
本適用例に係る圧力センサー素子において、
前記第１接続部は、前記第１腕部の、前記感圧部の一方側に位置している部分に接続されており、
前記第２接続部は、前記第１腕部の、前記感圧部の他方側に位置している部分に接続されていてもよい。
【００１１】
このような圧力センサー素子によれば、支持部における第２接続部から第１接続部までの経路を長くすることができる。これにより、支持部における固定部からダイヤフラムまでの経路を長くすることができる。その結果、このような圧力センサー素子は、より確実に、外部部材に固定されることに起因する応力によって、感圧素子の発振周波数が変動することを抑制できる。
【００１２】
［適用例３］
本適用例に係る圧力センサー素子において、
前記感圧部は、前記支持部によって片持ち状に支持されていてもよい。
【００１３】
このような圧力センサー素子によれば、外部部材に固定されることに起因する応力によって、感圧素子の発振周波数が変動することを抑制できる。
【００１４】
［適用例４］
本適用例に係る圧力センサー素子において、
前記支持部は、前記ダイヤフラムと一体であってもよい。
【００１５】
このような圧力センサー素子によれば、圧力センサー素子を外部部材に固定する場合に、ダイヤフラムが基台よりも外部部材側に位置するように、圧力センサー素子を固定（搭載）することができる。これにより、ダイヤフラムが異物などの影響を受けることを抑制できる。
【００１６】
［適用例５］
本適用例に係る圧力センサーは、
本適用例に係る圧力センサー素子と、
前記圧力センサー素子を収容しているパッケージと、
を含む。
【００１７】
このような圧力センサーによれば、本適用例に係る圧力センサー素子を含むので、圧力センサー素子がパッケージに固定されていることに起因する応力によって、感圧素子の発振周波数が変動することを抑制できる。
【００１８】
［適用例６］
本適用例に係る電子機器は、
本適用例に係る圧力センサー素子と、
前記圧力センサー素子が搭載されているプリント基板と、
を含み、
前記ダイヤフラムは、前記基台よりも前記プリント基板側に位置している。
【００１９】
このような電子機器によれば、本適用例に係る圧力センサー素子を含むので、圧力センサー素子がプリント基板に固定されていることに起因する応力によって、感圧素子の発振周波数が変動することを抑制できる。さらに、このような電子機器によれば、ダイヤフラムが基台よりもプリント基板側に位置するように、圧力センサー素子をプリント基板に固定（搭載）している。これにより、圧力センサー素子がパッケージに収容されていなくても、ダイヤフラムが異物の影響を受けることを抑制できる。すなわち、パッケージが不要となり、低コスト化を図ることができる。
【００２０】
［適用例７］
本適用例に係る圧力センサー素子の製造方法は、
母基板を準備する工程と、
母基板を加工して、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムから突出する支持部と、を同時に形成する工程と、
前記ダイヤフラムに感圧素子を固定する工程と、
基台に前記ダイヤフラムを固定し、前記ダイヤフラムおよび前記基台によって区画される空間に前記感圧素子を収容する工程と、
を含み、
前記ダイヤフラムと前記支持部とを同時に形成する工程において、
前記支持部は、前記感圧部を囲む複数の腕部を含むように形成され、
前記複数の腕部のうちの第１腕部は、第１接続部を介して、前記感圧部に接続して前記感圧部の全周を囲む形状となるように形成され、
前記複数の腕部のうちの最外に配置される腕部は固定部を有して、第２接続部を介して前記第１腕部に接続するように形成され、
前記第１接続部と前記第２接続部とが前記感圧部を挟むように形成される。
【００２１】
このような圧力センサー素子の製造方法によれば、外部部材に固定されることに起因する応力によって、感圧素子の発振周波数が変動することを抑制できる圧力センサー素子を得ることができる。さらに、このような圧力センサー素子の製造方法によれば、ダイヤフラムと支持部とを、同時に形成する。そのため、ダイヤフラムと支持部とを別々の工程で形成する場合に比べて、工程の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る圧力センサー素子を模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係る圧力センサー素子を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧力センサー素子の動作を説明するための断面図。
【図４】本実施形態に係る圧力センサー素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る圧力センサー素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る圧力センサー素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態の変形例に係る圧力センサー素子を模式的に示す平面図。
【図８】本実施形態に係る圧力センサーを模式的に示す平面図。
【図９】本実施形態に係る圧力センサーを模式的に示す断面図
【図１０】本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図。
【図１１】本実施形態に係る電子機器の一部を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２４】
１．  圧力センサー素子
まず、本実施形態に係る圧力センサー素子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る圧力センサー素子１００を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態に係る圧力センサー素子１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、便宜上、図１では、基台４０を透視して図示している。また、図１および図２では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。
【００２５】
圧力センサー素子１００は、図１および図２に示すように、支持部１０と、感圧部２０と、を含む。圧力センサー素子１００は、絶対圧力計である。
【００２６】
支持部１０は、感圧部２０を支持している。支持部１０は、感圧部２０と一体に構成されている。より具体的には、支持部１０は、感圧部２０のダイヤフラム３０と一体である。支持部１０の材質は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラスや、水晶などである。
【００２７】
支持部１０は、複数の腕部と、複数の接続部と、を含む。複数の腕部および複数の接続部は、一体に設けられている。複数の腕部は、平面視において（Ｚ軸方向から見て）、支持部１０を囲むように設けられている。図示の例では、支持部１０は、複数の腕部として、第１腕部１２および第２腕部１４を有し、複数の接続部として、第１接続部１１および第２接続部１３を有している。
【００２８】
第１腕部１２は、図１に示すように平面視において、感圧部２０を囲むように設けられている。第１腕部１２は、平面視において閉じた形状であり、感圧部２０の全周を囲んでいる形状である。すなわち、第１腕部１２は、平面視において、感圧部２０を完全に囲んで設けられている。より具体的には、第１腕部１２の平面形状（Ｚ軸方向から見た形状）は、矩形の枠状である。図示の例では、第１腕部１２は、Ｘ軸方向に延出している延出部１２ａ，１２ｂと、Ｙ軸方向に延出している延出部１２ｃ，１２ｄと、を有している。延出部１２ａは、感圧部２０の＋Ｙ軸方向側に位置し、延出部１２ｂは、感圧部２０の−Ｙ軸方向側に位置している。延出部１２ｃ，１２ｄは、延出部１２ａ，１２ｂに接続されている。延出部１２ｃは、感圧部２０の−Ｘ軸方向側に位置し、延出部１２ｄは、感圧部２０の＋Ｘ軸方向側に位置している。なお、第１腕部１２の平面形状は、閉じた形状であれば特に限定されず、例えば環状であってもよい。
【００２９】
第１接続部１１は、感圧部２０および第１腕部１２に接続されている。すなわち、第１腕部１２は、第１接続部１１を介して、感圧部２０に接続されている。より具体的には、第１接続部１１は、感圧部２０のダイヤフラム３０、および第１腕部１２の延出部１２ｄに接続されている。図示の例では、第１接続部１１の平面形状は、矩形である。支持部１０は、第１接続部１１を１つ有し、感圧部２０は、支持部１０によって片持ち状に支持されている。
【００３０】
第２腕部１４は、平面視において、感圧部２０および第１腕部１２を囲むように設けられている。図示の例では、第２腕部１４は、平面視において閉じた形状ではなく（感圧部
２０の全周を囲んでいる形状ではなく）、感圧部２０を完全に囲んでいない。より具体的には、第２腕部１４は、Ｘ軸方向に延出している延出部１４ａ，１４ｂと、Ｙ軸方向に延出している延出部１４ｃと、を有している。延出部１４ａは、感圧部２０の＋Ｙ軸方向側に位置し、延出部１４ｂは、感圧部２０の−Ｙ軸方向側に位置している。延出部１４ｃは、延出部１４ａ，１４ｂに接続され、感圧部２０の−Ｘ軸方向側に位置している。図示の例では、第２腕部１４は、複数の腕部のうち最外に配置されている腕部である。
【００３１】
第２腕部１４は、固定部１６を有している。圧力センサー素子１００は、固定部１６において、パッケージやプリント基板などの外部部材（図示せず）に固定されることができる。すなわち、固定部１６は、圧力センサー素子１００を外部部材に固定するための部分である。より具体的には、固定部１６は、圧力センサー素子１００を外部部材に固定するための接着剤（図示せず）と接触する部分である。固定部１６の数は、特に限定されないが、図示の例では、固定部１６は、延出部１４ａに２つ設けられ、延出部１４ｂに２つ設けられている。
【００３２】
第２接続部１３は、第１腕部１２および第２腕部１４に接続されている。すなわち、第２腕部１４は、第２接続部１３を介して、第１腕部１２に接続されている。より具体的には、第２接続部１３は、第１腕部１２の延出部１２ｃ、および第２腕部１４の延出部１４ｃに接続されている。図示の例では、第２接続部１３の平面形状は、矩形である。
【００３３】
感圧部２０は、平面視において、第１接続部１１と第２接続部１３との間に配置されている。すなわち、第１接続部１１と第２接続部１３とが感圧部２０を挟むように配置されている。つまり、例えば、図１に示すように平面視において、第１接続部１１から第２接続部１３まで延びる仮想直線αは、感圧部２０と交差している。図示の例では、感圧部２０の一方側（＋Ｘ軸方向側）に第１接続部１１が配置され、感圧部２０の他方側（−Ｘ軸方向側）に第２接続部１３が配置されている。
【００３４】
感圧部２０は、圧力を受けて、前記圧力を検知するための部分である。感圧部２０の平面形状は、例えば、矩形である。感圧部２０は、図１および図２に示すように、ダイヤフラム３０と、基台４０と、感圧素子５０と、を有している。
【００３５】
ダイヤフラム３０の平面形状は、例えば、矩形である。ダイヤフラム３０は、薄肉部３２と、枠部３４と、載置部３６，３７と、を有している。薄肉部３２、枠部３４、および載置部３６，３７は、一体に設けられている。
【００３６】
薄肉部３２の形状は、板状である。薄肉部３２は、外部からの圧力を受け、この圧力によって変形する（撓みを生じさせる）。
【００３７】
枠部３４は、平面視において、薄肉部３２の周囲に設けられている。枠部３４の平面形状は、枠状である。枠部３４は、薄肉部３２よりも大きな厚さを有している。枠部３４は、基台４０の枠部４４に接合されている。これにより、ダイヤフラム３０は、基台４０に固定されることができる。ダイヤフラム３０は、基台４０と平面視で重なっている。
【００３８】
載置部３６，３７は、薄肉部３２の上面（＋Ｚ軸方向を向く面）に設けられている。載置部３６，３７は、薄肉部３２の上面から上方（＋Ｚ軸方向）に突出している。載置部３６，３７の平面形状は、例えば、矩形である。載置部３６，３７には、感圧素子５０が載置（接合）されている。
【００３９】
基台４０は、基部４２と、枠部４４と、を有している。基部４２および枠部４４は、一体に設けられている。基部４２の形状は、板状である。枠部４４は、平面視において、基
部４２の周囲に設けられている。枠部４４の平面形状は、ダイヤフラム３０の枠部３４と同じ形状であり、枠状である。枠部４４は、基部４２よりも大きさ厚さを有している。基台４０の枠部４４には、ダイヤフラム３０の枠部３４が接合されている。これにより、ダイヤフラム３０および基台４０は、空間２を形成することができ、空間２に感圧素子５０を収容することができる。
【００４０】
空間２は、例えば真空状態である。これにより、感圧素子５０のＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値を低下させることができる。また、真空状態である空間２は、絶対圧力計である圧力センサー素子１００において、圧力の基準となることができる。
【００４１】
ダイヤフラム３０および基台４０の材質は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラスや、水晶などである。ダイヤフラム３０と基台４０とは、例えば、低融点ガラスやエポキシ系の接着剤によって接合されている。
【００４２】
なお、ダイヤフラム３０と基台４０との接合方法は、特に限定されず、ダイヤフラム３０および基台４０の構成材料によっては、直接接合、陽極接合、表面活性化接合などを用いてもよい。また、図示はしないが、ダイヤフラム３０の枠部３４と、基台４０の枠部４４との間に、感圧素子５０と同じ材質からなる圧電体層が設けられていてもよい。
【００４３】
感圧素子５０は、ダイヤフラム３０および基台４０によって区画されている空間２に収容されている。感圧素子５０は、ダイヤフラム３０の載置部３６，３７に固定されている。感圧素子５０は、いわゆる双音叉型の圧電振動子である。感圧素子５０は、振動梁部５２，５４と、ベース部５６，５８と、を含んで構成されている。振動梁部５２，５４およびベース部５６，５８は、一体に設けられている。
【００４４】
振動梁部５２，５４は、ベース部５６からベース部５８までＸ軸方向に延出している。振動梁部５２，５４の形状は、例えば、角柱状である。振動梁部５２，５４は、振動梁部５２，５４に設けられた励振電極（図示せず）に駆動信号（交番電圧）が印加されると、Ｙ軸に沿って、互いに離間または近接するように屈曲振動することができる。
【００４５】
ベース部５６，５８は、振動梁部５２，５４の両端に接続されている。ベース部５６は、ダイヤフラム３０の載置部３６に接合され、ベース部５８は、ダイヤフラム３０の載置部３７に接合されている。ベース部５６，５８と載置部３６，３７の接合方法は、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が挙げられる。
【００４６】
感圧素子５０の材質は、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料であってもよいし、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を皮膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。ただし、感圧素子５０の線膨張係数と、ダイヤフラム３０および基台４０の線膨張係数と、の差を小さくすることを考慮すれば、感圧素子５０の材質は、ダイヤフラム３０および基台４０の材質と同じであることが望ましい。これにより、線膨張係数の違いから生じる感圧素子５０の反りや撓みを抑制できる。
【００４７】
次に、圧力センサー素子１００の動作について説明する。図３は、圧力センサー素子１００の動作を説明するための断面図である。なお、便宜上、図３では、ダイヤフラム３０および感圧素子５０以外の部材の図示を、省略している。
【００４８】
圧力センサー素子１００は、図３（Ａ）に示す状態で、図３（Ｂ）に示すように圧力Ｐが加わると、載置部３６，３７の上面（感圧素子５０との接合面）が互いに離れるように
ダイヤフラム３０の薄肉部３２が撓む。これにより、感圧素子５０には、ベース部５６とベース部５８とが互いに離れる方向の力が加わり、振動梁部５２，５４には引っ張り応力が生じる。そのため、感圧素子５０の振動周波数（発振周波数）は、高くなる。
【００４９】
圧力センサー素子１００では、図示しない検知部によって、感圧素子５０の発振周波数の変化量を検知することができる。そして、圧力センサー素子１００では、検知された発振周波数の変化量に基づいて、付与された圧力の大きさを導き出すことができる。
【００５０】
なお、上記では、支持部１０がダイヤフラム３０と一体である例について説明したが、支持部１０は、基台４０と一体であってもよい。
【００５１】
また、上記では、腕部が２つ設けられている例について説明したが、腕部は、３つ以上設けられていてもよい。この場合、接続部は、腕部の数に応じて、３つ以上設けられることができる。このような形態においても、最外に配置されている腕部は、固定部１６を有して、第２接続部１３を介して第１腕部１２に接続されている。より具体的には、例えば腕部が３つ設けられている形態では、最外に配置されている第３腕部は、固定部１６を有して、第３接続部、第２腕部１４、および第１接続部１１を介して、第１腕部１２に接続されている。
【００５２】
本実施形態に係る圧力センサー素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００５３】
圧力センサー素子１００によれば、感圧部２０の全周を囲んでいる形状である第１腕部１２は、第１接続部１１を介して、感圧部２０に接続され、固定部１６を有する第２腕部１４は、第２接続部１３を介して、第１腕部１２に接続され、第１接続部１１と第２接続部１３とが感圧部２０を挟むように配置されている。そのため、圧力センサー素子１００では、圧力センサー素子１００がパッケージなどの外部部材に固定されることに起因する応力（例えば、支持部１０の線膨張係数と外部部材の線膨張係数との差に起因する応力や、接着剤によって固定されていることに起因する応力）がダイヤフラム３０に伝達されることを抑制できる。これにより、圧力センサー素子１００は、外部部材に固定されることに起因する応力によって、感圧素子５０の発振周波数が変動することを抑制できる。その結果、圧力センサー素子１００は、高い検出感度を有することができる。
【００５４】
さらに、圧力センサー素子１００では、支持部１０の線膨張係数と外部部材の線膨張係数との差に起因する応力がダイヤフラム３０に伝達されることを抑制できるので、例えば、第１温度における圧力センサー素子１００の特性と、第１温度から第２温度を経て再び第１温度に戻した状態における圧力センサー素子１００の特性と、に差が発生すること（温度のヒステリシスが発生すること）を抑制できる。
【００５５】
さらに、圧力センサー素子１００では、第１腕部１２は、感圧部２０の全周を囲んでいる形状であるため、例えば、高い剛性を有することができる。
【００５６】
圧力センサー素子１００によれば、第１接続部１１は、第１腕部１２の、感圧部２０の一方側（＋Ｘ軸方向側）に位置している延出部１２ｄに接続され、第２接続部１３は、第１腕部１２の、感圧部２０の他方側（−Ｘ軸方向側）に位置している延出部１２ｃに接続されている。そのため、例えば第１接続部および第２接続部が第１腕部の同じ延出部に接続されている場合に比べて、支持部１０における第２接続部１３から第１接続部１１までの経路を長くすることができる。これにより、支持部１０における固定部１６からダイヤフラム３０までの経路を長くすることができる。その結果、圧力センサー素子１００は、より確実に、外部部材に固定されることに起因する応力によって、感圧素子５０の発振周波数が変動することを抑制できる。
【００５７】
圧力センサー素子１００によれば、固定部１６を有する支持部１０は、ダイヤフラム３０と一体である。そのため、圧力センサー素子１００を外部部材に固定する場合に、ダイヤフラム３０が基台４０よりも外部部材側に位置するように、圧力センサー素子１００を固定（搭載）することができる。これにより、ダイヤフラム３０が異物などの影響を受けることを抑制できる。
【００５８】
２．  圧力センサー素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧力センサー素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４〜図６は、本実施形態に係る圧力センサー素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５９】
図４に示すように、母基板６０を準備する。母基板６０としては、例えば、水晶基板を用いる。次に、母基板６０の第１面６２に所定形状のマスク層Ｍ１を形成し、母基板６０の第１面６２と反対側の第２面６４に所定形状のマスク層Ｍ２を形成する。マスク層Ｍ１，Ｍ２としては、例えば、レジスト層を用いる。
【００６０】
図５に示すように、マスク層Ｍ１，Ｍ２をマスクとして、母基板６０に凹部６６および貫通部６８を形成する。これにより、枠部３４および載置部３６，３７を有するダイヤフラム３０と、ダイヤフラム３０から突出する支持部１０と、を同時に（同一のエッチング工程で）形成することができる。凹部６６は、第１面６２側からエッチングされることにより形成され、貫通部６８は、第１面６２側および第２面６４側からエッチングされることにより形成される。なお、マスク層Ｍ１，Ｍ２は、公知の方法により除去される。
【００６１】
図６に示すように、ダイヤフラム３０に感圧素子５０を固定する。より具体的には、ダイヤフラム３０の載置部３６，３７に、感圧素子５０のベース部５６，５８を接合する。なお、感圧素子５０は、例えば水晶基板をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術でパターニングすることにより準備することができる。
【００６２】
図２に示すように、基台４０にダイヤフラム３０を固定する。より具体的には、ダイヤフラム３０の枠部３４と、基台４０の枠部４４と、を接合する。これにより、ダイヤフラム３０および基台４０によって形成される空間２に、感圧素子５０を収容することができる。本工程を真空状態で行うことにより、空間２を真空状態にすることができる。または、基台４０に図示しない貫通孔を形成しておき、常圧下でダイヤフラム３０と基台４０とを接合した後、貫通孔を介して空間２を真空状態とし、貫通孔に図示しない充填物（例えばＡｕＳｎやＡｕＧｅからなる充填物）を充填し封止することによって、空間２を真空状態にしてもよい。なお、基台４０は、例えば水晶基板をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術でパターニングすることにより準備することができる。
【００６３】
以上の工程により、本実施形態に係る圧力センサー素子１００を製造することができる。
【００６４】
圧力センサー素子１００の製造方法によれば、外部部材に固定されることに起因する応力によって、感圧素子５０の発振周波数が変動することを抑制できる圧力センサー素子１００を得ることができる。
【００６５】
さらに、圧力センサー素子１００の製造方法によれば、ダイヤフラム３０と支持部１０とを、同時に形成する。そのため、ダイヤフラムと支持部とを別々の工程で形成する場合に比べて、工程の簡略化を図ることができる。
【００６６】
なお、図示はしないが、支持部１０が基台４０と一体に設けられている形態では、基台４０と支持部１０とを同時に形成することができる。
【００６７】
３．  圧力センサー素子の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る圧力センサー素子について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の変形例に係る圧力センサー素子２００を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図７では、基台４０を透視して図示している。また、図７では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。
【００６８】
以下、本実施形態の変形例に係る圧力センサー素子２００において、本実施形態に係る圧力センサー素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
圧力センサー素子１００では、図１に示すように、支持部１０は、１つの第１接続部１１を有し、感圧部２０は、支持部１０によって片持ち状に支持されていた。これに対し、圧力センサー素子２００では、図７に示すように、支持部１０は、２つの第１接続部１１（１１ａ，１１ｂ）を有し、感圧部２０は、支持部１０によって両持ち状に支持されている。
【００７０】
第１接続部１１ａは、ダイヤフラム３０、および第１腕部１２の延出部１２ｃに接続されている。第１接続部１１ｂは、ダイヤフラム３０、および第１腕部１２の延出部１２ｄに接続されている。
【００７１】
第２腕部１４は、Ｘ軸方向に延出している延出部１４ｄと、Ｙ軸方向に延出している延出部１４ｅ，１４ｆと、を有している。延出部１４ｄは、感圧部２０の−Ｙ軸方向側に位置し、延出部１４ｅ，１４ｆに接続されている。延出部１４ｅは、感圧部２０の−Ｘ軸方向側に位置し、２つの固定部１６を有している。延出部１４ｆは、感圧部２０の＋Ｘ軸方向側に位置し、２つの固定部１６を有している。
【００７２】
圧力センサー素子２００によれば、感圧部２０は、支持部１０によって両持ち状に支持されているので、例えば、圧力センサー素子１００に比べて、感圧部２０を、より強固に支持することができる。
【００７３】
４．  圧力センサー
次に、本実施形態に係る圧力センサーについて、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る圧力センサー３００を模式的に示す平面図である。図９は、本実施形態に係る圧力センサー３００を模式的に示す図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。なお、便宜上、図８では、基台４０を透視し、リッド３２０を省略して図示している。
【００７４】
圧力センサー３００は、図８および図９に示すように、本発明に係る圧力センサー素子と、パッケージ３０２と、を含む。以下では、本発明に係る圧力センサー素子として、圧力センサー素子１００を用いた例について説明する。
【００７５】
パッケージ３０２は、圧力センサー素子１００を収容している。パッケージ３０２の平面形状は、例えば、矩形である。パッケージ３０２は、パッケージベース３１０と、リッド３２０と、を有している。
【００７６】
パッケージベース３１０には、凹部３１１が形成され、凹部３１１内に圧力センサー素子１００が配置されている。パッケージベース３１０の平面形状は、凹部３１１内に圧力センサー素子１００を配置することができれば、特に限定されない。
【００７７】
パッケージベース３１０の材質としては、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を用いる。ガラスエポキシ樹脂と水晶との線膨張係数の差は、セラミックスと水晶との線膨張係数の差よりも小さいので、支持部１０の材質が水晶である場合、パッケージベース３１０の材質は、ガラスエポキシ樹脂であることが好ましい。これにより、パッケージベース３１０の線膨張係数と支持部１０の線膨張係数との差に起因して支持部１０に発生する応力を、小さくすることができる。また、パッケージベース３１０の材質をガラスエポキシ樹脂とすることにより、セラミックスとする場合に比べて、低コスト化を図ることができる。
【００７８】
支持部１０の固定部１６は、接合部材３３０を介して、パッケージベース３１０の内側底面３１２に固定されている。これにより、圧力センサー素子１００は、パッケージベース３１０に搭載され、パッケージ３０２内に固定される。図示の例では、圧力センサー素子１００は、ダイヤフラム３０が基台４０よりも内側底面３１２側に位置するように、パッケージ３０２に搭載されている。ダイヤフラム３０は、パッケージベース３１０に対向配置されている。接合部材３３０の材質としては、例えば、金属フィラーなどの導電性物質が混合されたシリコーン樹脂系の導電性接着剤を用いる。
【００７９】
パッケージベース３１０の外側底面３１４には、外部端子３４０が設けられている。外部端子３４０は、パッケージ３０２内に設けられた配線（図示せず）等によって、感圧素子５０の振動梁部５２，５４に設けられた励振電極と電気的に接続されている。これにより、励振電極に駆動信号を印加することができ、振動梁部５２，５４を所定の周波数で振動させることができる。外部端子３４０は、例えば、Ｗなどのメタライス層に、Ｎｉ、Ａｕなどの皮膜をめっきなどの方法により積層した金属膜からなる。
【００８０】
リッド３２０は、パッケージベース３１０の凹部３１１を覆って設けられている。リッド３２０の形状は、例えば、板状である。リッド３２０およびパッケージベース３１０によって空間４が形成され、圧力センサー素子１００は、空間４に収容されている。リッド３２０には、パッケージ３０２の内外、すなわち圧力センサー３００の外部と空間４とを連通する貫通孔３２２が形成されている。これにより、圧力センサー３００の外部および空間４の圧力を等しく保つことができる。
【００８１】
リッド３２０の材質としては、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等が挙げられる。リッド３２０とパッケージベース３１０との接合方法としては、例えば、エポキシ系の接着剤を用いた接合が挙げられる。
【００８２】
圧力センサー３００によれば、圧力センサー素子１００を含む。そのため、圧力センサー３００は、圧力センサー素子１００がパッケージ３０２に固定されていることに起因する応力によって、感圧素子５０の発振周波数が変動することを抑制できる。
【００８３】
なお、図示はしないが、上述のように、支持部１０は、基台４０と一体であってもよい。この場合、圧力センサー素子１００は、基台４０がダイヤフラム３０よりも内側底面３１２側に位置するように、パッケージ３０２に搭載されていてもよい。
【００８４】
５．  電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子機器は、本発明に係る圧力センサー素子を含む。以下では、本発明に係る圧力センサー素子として、圧力センサー素子１００を含む電子機器について、説明する。
【００８５】
図１０は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機（ＰＨＳも含む）１２００を模式的に示す斜視図である。
【００８６】
図１０に示すように、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４、および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。
【００８７】
このような携帯電話機１２００には、圧力センサー素子１００が内蔵されている。
【００８８】
ここで、図１１は、本実施形態に係る電子機器としての携帯電話機１２００の一部を模式的に示す断面図である。圧力センサー素子１００は、図１１に示すように、携帯電話機１２００のプリント基板１２１０に搭載されて、携帯電話機１２００に内蔵されている。より具体的には、支持部１０の固定部１６（図１参照）は、接合部材３３０を介して、プリント基板１２１０に固定されている。これにより、圧力センサー素子１００は、プリント基板１２１０に実装されて固定される。接合部材３３０の材質としては、例えば、金属フィラーなどの導電性物質が混合されたシリコーン樹脂系の導電性接着剤を用いる。
【００８９】
図１１に示すように、圧力センサー素子１００がプリント基板１２１０に搭載された状態において、ダイヤフラム３０は、基台４０よりもプリント基板１２１０側に位置している。ダイヤフラム３０は、プリント基板１２１０に対向配置されている。
【００９０】
プリント基板１２１０の材質としては、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を用いる。ガラスエポキシ樹脂と水晶との線膨張係数の差は、セラミックスと水晶との線膨張係数の差よりも小さいので、支持部１０の材質が水晶である場合、プリント基板１２１０の材質は、ガラスエポキシ樹脂であることが好ましい。これにより、プリント基板１２１０と支持部１０との線膨張係数の差に起因して発生する応力を、小さくすることができる。また、プリント基板１２１０の材質をガラスエポキシ樹脂とすることにより、セラミックスとする場合に比べて、低コスト化を図ることができる。
【００９１】
電子機器１２００によれば、圧力センサー素子１００を含む。そのため、電子機器１２００は、圧力センサー素子１００がプリント基板１２１０に固定されていることに起因する応力によって、感圧素子５０の発振周波数が変動することを抑制できる。
【００９２】
電子機器１２００によれば、ダイヤフラム３０が基台４０よりもプリント基板１２１０側に位置するように、圧力センサー素子１００をプリント基板１２１０に固定（搭載）している。これにより、圧力センサー素子１００がパッケージに収容されていなくても、ダイヤフラム３０が異物の影響を受けることを抑制できる。すなわち、パッケージが不要となり、低コスト化を図ることができる。
【００９３】
なお、圧力センサー素子１００を備えた電子機器は、上記の電子機器１２００の他にも、例えば、歩数計、レーダー探知機、ラジオゾンデ、医療用活動量計、タコグラフ、腕時計、ゲーム機、カーナビゲーション装置などに適用することができる。
【００９４】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９５】
２，４…空間、１０…支持部、１１…第１接続部、１２…第１腕部、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…延出部、１３…第２接続部、１４…第２腕部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ…延出部、１６…固定部、２０…感圧部、３０…ダイヤフラム、３２…薄肉部、３４…枠部、３６，３７…載置部、４０…基台、４２…基部、４４…枠部、５０…感圧素子、５２，５４…振動梁部、５６，５８…ベース部、６０…母基板、６２…第１面、６４…第２面、６６…凹部、６８…貫通部、１００，２００…圧力センサー素子、３００…圧力センサー、３０２…パッケージ、３１０…パッケージベース、３１１…凹部、３１２…内側底面、３１４…外側底面、３２０…リッド、３２２…貫通孔、３３０…接合部材、３４０…外部端子、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１２１０…プリント基板
【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】
2013246121.tif 000009
【図８】
2013246121.tif 000010
【図９】
2013246121.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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