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