JP2008542701A - 表面弾性波に基づく圧力センサ - Google Patents

Abstract

開口３が形成され、当該開口を完全に覆うように基板４が設けられたベース２ａを備える、表面弾性波に基づく圧力センサである。基板４は、開口３の周縁に液密なシールを形成するようにベース２ａに接着される。第１のＳＡＷ共振器５は、基板４上のうち、開口３を覆う領域の完全な内側に設けられ、一方、２つのさらなるＳＡＷ共振器６，７は、基板の撓みにより生じるひずみ場から完全に切り離されるように、基板上のうち、下にあるベース２ａへの接着により強化された領域の完全な内側に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面弾性波（ＳＡＷ）に基づく圧力センサに関し、特に、ＳＡＷ基板の一部のみが圧力に感応する圧力センサに関する。

一つの基板上に複数のＳＡＷ装置が設けられた、表面弾性波に基づくセンサが知られている。この基板は、歪む領域と歪まない領域とに分けられており、この両方の領域にＳＡＷが設けられ、これにより、温度と圧力の双方を監視し、または、少なくとも温度補償された圧力表示を得ることができるようになっている。例えば、英国特許出願第０３０２３１１．６号は、一つの基板上に３つの表面弾性波装置が設けられた表面弾性波圧力・温度センサであって、表面弾性波装置の一つは、基板のうち圧力の変化に応じて歪み場が変化する位置に設けられ、一方、他の２つは基板のうち歪み場から実質的に切り離された領域に設けられ、この３つの表面弾性波装置からの情報により、基板の周囲の環境の圧力および温度表示の両方の算出を可能にしているものが開示されている。
英国特許出願第０３０２３１１．６号明細書

英国特許出願第０３０２３１１．６号においては、周囲の環境の圧力変化は、圧力に感応するダイアフラムと基板の歪む領域との間で機械的な結合により伝えられている。そして、前記基板は、単に支持されるか、または、歪み領域の境界に組み込まれることで周囲の環境を歪み場から切り離している。しかしながら、このような解決手段は、基板の歪み領域を孤立させるのに十分効率的ではないという問題がある。

従来技術の他の解決手段は、例えばＭＥＭｓシリコンおよび水晶素子において、圧力に実質的に感応しない厚い基板を用い、この基板の領域を部分的にエッチングして圧力に感応するダイアフラム領域を作り、変換要素を、圧力検知のために、ダイアフラム領域と、温度のモニターのためにエッチングしていない領域にも配置している。そして、基板全体は周囲の環境におかれるが、ダイアフラム領域のみが周囲に応答し、したがって、その領域に設けられた要素の出力のみが圧力に応じて変化する。しかしながら、この解決手段は、エッチングプロセスが高価で時間が掛かるという問題がある。

本発明によれば、開口が形成され、当該開口を完全に覆うように基板が設けられたベースと、前記開口の周縁に液密なシールを形成するように前記ベースに接着された前記基板と、前記基板上の前記開口を覆う領域の完全な内側に設けられた第１のＳＡＷ共振器と、前記基板上のうち、下にあるベースへの接着により強化された領域の完全な内側に設けられた第２のＳＡＷ共振器とを備えた、表面弾性波に基づく圧力センサが提供される。

本発明の圧力センサによれば、開口を覆う基板領域が効果的にダイアフラムとして機能し、それにより別個のダイアフラムにＳＡＷ基板を機械的に接触させ、そして、全圧力範囲にわたって接触の維持を確保するためにダイアフラム要素に予め負荷をかけることが必要となる構造をとる必要がなくなるから、センサの構造を簡素化できるという利点がある。さらに、基板は、それが接着されたベースと共に効果的な２層構造を形成して前記開口から離れた部分を強化し、それにより、変形がおこるべき前記開口を覆う基板領域において生じる歪みから、設けられるＳＡＷ装置を特に効果的に切り離す。

好ましくは、前記基板は、一定の厚さである。基板の残りの部分は、ベースへの接着により強化されているから、薄い基板を使用しても、歪み場から第２の共振器を切り離すに際し何ら不利な効果をもたらさない。結果として、基板の厚さは、前記開口を覆う、圧力に感応する領域に望まれる感度のみに基づいて選択することができ、したがって、基板のエッチングの必要が無くなる。このことは、製造コストを減ずるという利点がある。

好ましくは、前記ベースは、さらに、前記ベースとともに液密な内部チャンバを規定する側壁および蓋を含むハウジングの一部であり、この内部チャンバは、基板の上面全体が晒される基準圧力で満たされることができ、基板の領域の下面はハウジングの周囲の雰囲気に晒される開口を覆い、前記領域は、基準圧力と周囲圧力の偏差圧力に応じて変形する。

特に好ましい形態においては、第３のＳＡＷ共振器が、基板のうち、下にあるベースへの接着により強化された領域の完全な内側に設けられ、前記第３の表面弾性波共振器は、第２のＳＡＷに対し傾いている。このようにして、センサは周囲雰囲気の圧力と温度の測定値を得るように用いられることができる。

各共振器は、好ましくは、圧電基板である、基板上の母線を介してセンサ出力接続ピンに接続される。

本発明をよりよく理解するため、一例を示して以下に実施形態を説明する。参照する図において、図１は、蓋部分を除いた状態の本発明の圧力センサアセンブリの上面図であり、図２は、図１のアセンブリの斜視図であり、図３は、図１のアセンブリの蓋部分を配置した状態の上面図であり、図４は、図１のアセンブリの底面図である。

図１，２，３および４を参照して示されるのは、貫通孔３が形成されたベース２ａとチャンバ２ｃを規定する側部２ｂを有するパッケージ１である。均一な厚さの基板４は、貫通孔３の周縁３ａの周りを完全に密封する好ましい方法の接着を用いて貫通孔３を覆うように、ベースの内側面に固定されており、貫通孔３の寸法は、基板４の覆い領域４ａの撓みにより最適なひずみが発生するように設定されている。第１のＳＡＷ装置５は、覆い領域４ａの撓みから生じるひずみ場の変化を測定するため貫通孔３を完全に覆う、基板４の内側表面の領域４ａの上に設けられている。さらなる２つのＳＡＷ装置６，７も、第１領域４ａの撓みによりそこに生じるひずみ場から完全に切り離されるように、基板４の内側表面の上の、貫通孔３から離れた位置に設けられている。これらの３つのＳＡＷ５，６，７は、基板３上の母線（図示しない）を介してセンサ出力接続ピン１１に接続されている。

パッケージ１のベース２ａにある貫通孔３ａは、基板の覆い領域４ａの外側表面を周囲雰囲気に晒しているので、そこの圧力変化は覆い領域４ａの撓みまたは変形を発生させ、変形は、基板のベース２ａへの接着によって覆い領域４ａだけに場所的に制限される。それゆえ、これらの変形は、そこに設けられたＳＡＷ装置５の出力変化のみを生じさせる。しかしながら、すべての３つのＳＡＷ装置５，６，７は、チャンバ２ｃの内側の雰囲気と流体的に通じ、それ故温度変化に応答するので、第２および第３ＳＡＷ６，７の出力が示す圧力に依存しない変化により、圧力と温度の両方の情報を公知の方法で計算することができる。

Claims (5)

1. 開口（３）が形成され、当該開口を完全に覆うように基板（４）が設けられたベース（２ａ）と、前記開口（３）の周縁に液密なシールを形成するように前記ベース（２ａ）に接着された前記基板（４）と、前記基板（４）上の前記開口（３）を覆う領域の完全な内側に設けられた第１のＳＡＷ共振器（５）と、前記基板（４）上のうち、下にあるベース（２ａ）への接着により強化された領域の完全な内側に設けられた第２のＳＡＷ共振器（６）とを備えた、表面弾性波に基づく圧力センサ。
2. 前記基板は、均一な厚さである、請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記ベース（２ａ）は、前記ベースと共に液密な内部チャンバ（２ｃ）を規定する側壁（２ｂ）および蓋（８）をさらに含むハウジング（１）の一部であり、前記チャンバ（２ｃ）は、前記基板（４）の上面全体が晒される基準圧力で満たされることができ、前記開口（３）を覆う前記基板の領域の下面は、前記ハウジング（１）の周囲の雰囲気に晒され、前記領域は、前記基準圧力と前記周囲の圧力との偏差圧力に応じて変形し、前記第１のＳＡＷが晒されるひずみ場を変化させる、請求項１または請求項２に記載の圧力センサ。
4. チャンバ（２ｃ）内の基準圧力の設定を容易にする少なくとも１つのチャージバルブ（１１）が、前記ハウジング（１）に設けられている、請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記基板（４）上のうち、下にあるベース（２ａ）への接着により強化された領域の完全な内側に第３のＳＡＷ共振器（７）が設けられ、前記第３のＳＡＷ共振器（７）は、少なくとも前記第２のＳＡＷ（６）に対して傾いている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧力センサ。

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