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JP4511207B2 - Pressure sensor module - Google Patents
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JP4511207B2 - Pressure sensor module - Google Patents

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JP4511207B2 JP2004021165A JP2004021165A JP4511207B2 JP 4511207 B2 JP4511207 B2 JP 4511207B2 JP 2004021165 A JP2004021165 A JP 2004021165A JP 2004021165 A JP2004021165 A JP 2004021165A JP 4511207 B2 JP4511207 B2 JP 4511207B2
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Description

本発明は、圧力の変動を検出して所定の電気信号を送信する圧力センサモジュールに関する。   The present invention relates to a pressure sensor module that detects a change in pressure and transmits a predetermined electrical signal.

従来、気体や液体などの圧力の変動を検出し、圧力変動データを外部に送信する圧力センサモジュールが用いられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, pressure sensor modules that detect pressure fluctuations such as gas and liquid and transmit pressure fluctuation data to the outside have been used.

このような圧力センサモジュールとしては、圧力センサと発振回路とを備え、圧力センサで検出した圧力変動データを外部へ送信する構成のものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。   As such a pressure sensor module, one having a pressure sensor and an oscillation circuit and transmitting pressure fluctuation data detected by the pressure sensor to the outside is known (for example, see Patent Document 1).

かかる従来の圧力センサモジュールにおいて、圧力センサとしてはセラミックパッケージからなる静電容量型のセンサ素子(例えば、特許文献2参照。)が用いられ、この圧力センサに圧力が印加されることにより得られた圧力変動データと、弾性表面波素子からなる共振子の共振周波数に基づいて発振する基準信号としての電気信号とを変調して生成した送信信号をアンテナより出力するものであり、例えばタイヤ内の空気圧を監視する装置として用いられる。
特開2003−303388号公報 特開2003−315190号公報
In such a conventional pressure sensor module, a capacitance type sensor element (for example, see Patent Document 2) made of a ceramic package is used as the pressure sensor, and the pressure sensor is obtained by applying pressure to the pressure sensor. A transmission signal generated by modulating pressure fluctuation data and an electrical signal as a reference signal that oscillates based on the resonance frequency of a resonator composed of a surface acoustic wave element is output from an antenna. It is used as a device for monitoring.
JP 2003-303388 A JP 2003-315190 A

しかしながら、上述した圧力センサモジュールは、セラミックパッケージからなる圧力センサと、基準信号を発振する発振回路に接続されている弾性表面波素子からなる共振子とが、それぞれ別の材料からなるために個別の部品として搭載されており、このような従来の圧力センサモジュールでは、搭載する部品点数が多くなるので、モジュールの軽量・小型化を図ることが困難であるという問題点を有していた。   However, since the pressure sensor module described above includes a pressure sensor made of a ceramic package and a resonator made of a surface acoustic wave element connected to an oscillation circuit that oscillates a reference signal. Since such a conventional pressure sensor module has a large number of parts to be mounted, it has been difficult to reduce the weight and size of the module.

このような問題点を解決するために、本出願人は特願2003−431559において、一主面に凹部が形成されているセンサ基板上で、凹部の形成領域内に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む圧力検出用弾性表面波素子を、凹部の形成領域外に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む参照用弾性表面波素子を設けたセンサ素子と、圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第1の発振回路と、参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第2の発振回路と、第1の発振回路からの電気信号と第2の発振回路からの電気信号とを比較して変換信号を生成するとともに、この変換信号を出力するコンパレータと、コンパレータからの変換信号と第2の発振回路からの電気信号とを変調して外部に出力する変調回路とを備えてなる圧力センサモジュールを提案した。   In order to solve such problems, the applicant of Japanese Patent Application No. 2003-431559 has a piezoelectric substrate and an interdigital transducer in a recess formation region on a sensor substrate having a recess formed on one main surface. The surface acoustic wave element for pressure detection including the sensor element provided with the surface acoustic wave element for reference including the piezoelectric body and the interdigital transducer outside the formation region of the recess, and the resonance frequency of the surface acoustic wave element for pressure detection A first oscillation circuit that oscillates an electrical signal of a predetermined frequency based on the first oscillation circuit, a second oscillation circuit that oscillates an electrical signal of a predetermined frequency based on the resonance frequency of the surface acoustic wave element for reference, and a first oscillation circuit And an electric signal from the second oscillation circuit to generate a converted signal, and a comparator that outputs the converted signal and a comparator Proposed a pressure sensor module comprising a modulation circuit for outputting an electrical signal from the converted signal and a second oscillator circuit to the outside modulation.

この圧力センサモジュールによれば、参照用弾性表面波素子を圧力検出用弾性表面波素子と同一のセンサ基板上に設けており、参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて発振する電気信号を、圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて発振する電気信号と比較して変換信号を生成するために用いるとともに、この変換信号と変調する基準信号としても用いたことから、搭載する部品点数が少なくなり、圧力センサモジュールの軽量・小型化を図ることが可能となるというものである。   According to this pressure sensor module, the surface acoustic wave element for reference is provided on the same sensor substrate as the surface acoustic wave element for pressure detection, and an electric signal that oscillates based on the resonance frequency of the surface acoustic wave element for reference is generated. Since it is used to generate a conversion signal in comparison with an electric signal that oscillates based on the resonance frequency of the surface acoustic wave element for pressure detection, it is also used as a reference signal to be modulated with this conversion signal. The number of points is reduced, and the pressure sensor module can be reduced in weight and size.

しかしながら、参照用弾性表面波素子を圧力検出用弾性表面波素子と同一のセンサ基板上に設けていることから、圧力センサモジュールを小型化するために参照用弾性表面波素子と圧力検出用弾性表面波素子とを、それぞれの弾性表面波の搬送波が同一ライン上を進行するように隣接して配置した場合、互いの反射器で反射しきれなかったモレ搬送波が隣接する参照用弾性表面波素子あるいは圧力検出用弾性表面波素子の搬送波と干渉して、正確な圧力測定が困難となることがあるという可能性を有していた。   However, since the surface acoustic wave element for reference is provided on the same sensor substrate as the surface acoustic wave element for pressure detection, the surface acoustic wave element for reference and the surface for pressure detection are used to reduce the size of the pressure sensor module. When the wave elements are arranged adjacent to each other so that the respective carrier waves of the surface acoustic waves travel on the same line, the reference surface acoustic wave elements adjacent to the mole carriers that could not be reflected by the respective reflectors or There is a possibility that accurate pressure measurement may be difficult due to interference with the carrier wave of the surface acoustic wave element for pressure detection.

本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、その目的は、基準信号を発振する発振回路に接続される共振子を圧力センサと一体化させることにより圧力センサモジュールを小型化した場合においても、モレ搬送波が隣接する参照用弾性表面波素子あるいは圧力検出用弾性表面波素子の搬送波と干渉することがなく、正確な圧力測定のできる圧力センサモジュールを提供することにある。   The present invention has been devised in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to reduce the size of the pressure sensor module by integrating the resonator connected to the oscillation circuit that oscillates the reference signal with the pressure sensor. Another object of the present invention is to provide a pressure sensor module capable of accurately measuring pressure without interfering with a carrier wave of a reference surface acoustic wave element or a pressure detecting surface acoustic wave element.

本発明の圧力センサモジュールは、面に凹部が形成されているセンサ基板の下面の前記凹部直下の前記凹部の形成領域内に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む圧力検出用弾性表面波素子、前記凹部の形成領域外に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む参照用弾性表面波素子が、前記凹部の形成領域内および形成領域外に跨って電極パッドがそれぞれ設けられたセンサ素子と、前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第1の発振回路と、前記参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第2の発振回路と、前記第1の発振回路からの電気信号と前記第2の発振回路からの電気信号とを比較して変換信号を生成するとともに、該変換信号を出力するコンパレータと、コンパレータからの前記変換信号前記第2の発振回路からの電気信号を変調して外部に出力する変調回路と、を備えてなる圧力センサモジュールであって、前記センサ基板上の前記圧力検出用弾性表面波素子と前記参照用弾性表面波素子と、両素子の弾性表面波の伝播方向平行に、且つ、弾性表面波の伝播方向と直交する方向に、両素子が前記電極パッドを共有するように隣接して並べて配置されていることを特徴とするものである。 The pressure sensor module of the present invention, the lower surface of the sensor substrate recess in the upper surface is formed, the recess forming region directly below the recess, piezoelectric and pressure sensing SAW element including a interdigital transducer However , a surface acoustic wave element for reference including a piezoelectric body and an interdigital transducer outside the formation area of the recess, a sensor element provided with electrode pads respectively extending in and outside the formation area of the recess, and A first oscillation circuit that oscillates an electric signal having a predetermined frequency based on the resonance frequency of the surface acoustic wave element for pressure detection, and an electric signal having a predetermined frequency based on the resonance frequency of the surface acoustic wave element for reference When the second oscillation circuit, the electrical signal from the first oscillation circuit and the electrical signal from the second oscillation circuit are compared to generate a conversion signal Moni, comparator and the pressure sensor module comprising comprises a modulation circuit, an output to the outside by modulating the electrical signal from said second oscillation circuit in the converted signal from the comparator and outputting the converted signal a is, with the pressure sensing surface acoustic wave element on said sensor substrate and the reference SAW element, parallel to the propagation direction of the surface acoustic wave of both elements, and the propagation direction of the surface acoustic wave in a direction perpendicular, in which both elements, characterized in that it is arranged adjacent to share the electrode pad.

また、本発明の圧力センサモジュールは、上記構成において、前記第1の発振回路、前記第2の発振回路、前記コンパレータ及び前記変調回路が単一のICチップ上に集積されており、このICチップと前記センサ素子とが共通の支持基板上に搭載されていることを特徴とするものである。   In the pressure sensor module of the present invention, the first oscillation circuit, the second oscillation circuit, the comparator, and the modulation circuit are integrated on a single IC chip in the above configuration. And the sensor element are mounted on a common support substrate.

本発明の圧力センサモジュールによれば、センサ基板上の圧力検出用弾性表面波素子と参照用弾性表面波素子とを、両素子の弾性表面波の伝播方向を平行に、且つ、弾性表面波の伝播方向と直交する方向に並べて配置するようにしたことから、圧力検出用弾性表面波素子と参照用弾性表面波素子とを同一基板上に形成し小型化したとしても、それぞれの弾性表面波の搬送波が同一ライン上を進行することはないのでモレ搬送波と隣接する参照用弾性表面波素子あるいは圧力検出用弾性表面波素子の搬送波とが互いに干渉することはなく、その結果、圧力測定を正確に行なうことができる。   According to the pressure sensor module of the present invention, the surface acoustic wave element for pressure detection and the surface acoustic wave element for reference on the sensor substrate are parallel to each other, the propagation directions of the surface acoustic waves of both elements are parallel, and the surface acoustic wave element Since the surface acoustic wave element for pressure detection and the surface acoustic wave element for reference are formed on the same substrate and miniaturized because they are arranged side by side in a direction orthogonal to the propagation direction, Since the carrier does not travel on the same line, the mole carrier and the adjacent surface acoustic wave element for reference or the surface acoustic wave element for pressure detection do not interfere with each other. Can be done.

また、本発明の圧力センサモジュールによれば、上記構成において、第1の発振回路、第2の発振回路、コンパレータ及び変調回路が単一のICチップ上に集積されており、このICチップとセンサ素子とが共通の支持基板上に搭載されている場合には、ICチップとセンサ素子とを共通の支持基板上に搭載することによって圧力センサモジュールをより軽量化・小型化することが可能となる。   According to the pressure sensor module of the present invention, in the above configuration, the first oscillation circuit, the second oscillation circuit, the comparator, and the modulation circuit are integrated on a single IC chip. When the element is mounted on a common support substrate, the pressure sensor module can be further reduced in weight and size by mounting the IC chip and the sensor element on the common support substrate. .

以下、本発明の圧力センサモジュールを添付の図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, a pressure sensor module of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の一実施形態にかかる圧力センサモジュール10の断面図であり、図2は図1の圧力センサモジュール10に使用されるセンサ素子20の斜視図である。同図に示す圧力センサモジュール10は、主にセンサ素子20と支持基板6、封止材4、ICチップ12、アンテナ13とで構成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a pressure sensor module 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a sensor element 20 used in the pressure sensor module 10 of FIG. A pressure sensor module 10 shown in FIG. 1 mainly includes a sensor element 20, a support substrate 6, a sealing material 4, an IC chip 12, and an antenna 13.

センサ素子20を構成するセンサ基板1は、その上面に凹部5を有しており、その下面には、凹部5直下の凹部5形成領域内に圧力検出用弾性表面波素子2が設けられ、凹部5の形成領域外には参照用弾性表面波素子3が設けられている。   The sensor substrate 1 constituting the sensor element 20 has a concave portion 5 on its upper surface, and a pressure detecting surface acoustic wave element 2 is provided in the concave portion 5 formation region immediately below the concave portion 5 on its lower surface. A surface acoustic wave element 3 for reference is provided outside the formation region 5.

なお、圧力検出用弾性表面波素子2を凹部5直下の凹部5形成領域内に設けているのは、後述するように、圧力センサモジュール10に外部からの圧力が加わった際に圧力検出用弾性表面波素子2が形成された領域を変形し易くするためであり、この変形が大きい程圧力センサモジュール10の感度を高めることができる。 Note that the surface acoustic wave element 2 for pressure detection is provided in the concave portion 5 formation region immediately below the concave portion 5, as will be described later, when pressure is applied to the pressure sensor module 10 from the outside. This is to make it easier to deform the region where the surface wave element 2 is formed, and the greater the deformation, the higher the sensitivity of the pressure sensor module 10 .

このようなセンサ基板1の材料としては、圧力検出用弾性表面波素子2と一体的に形成することができ、外部からの圧力(図1の上方からの圧力)を受けると比較的容易に変形し得るものが好ましく、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四硼酸リチウム等の単結晶圧電材料が好適に使用される。   As a material for such a sensor substrate 1, it can be formed integrally with the surface acoustic wave element 2 for pressure detection, and deforms relatively easily when subjected to external pressure (pressure from above in FIG. 1). Preferred are single crystal piezoelectric materials such as quartz, lithium niobate, lithium tantalate, and lithium tetraborate.

また、圧力検出用弾性表面波素子2は、例えば、圧電体とインターデジタルトランスデューサ2aとその両側に配される一対の反射器2bとで構成される弾性表面波素子から成り、インターデジタルトランスデューサ2aには、支持基板6の接続パッドに導電性接合材を介して接合される電極パッド7が接続されている。   The surface acoustic wave element 2 for pressure detection includes, for example, a surface acoustic wave element including a piezoelectric body, an interdigital transducer 2a, and a pair of reflectors 2b disposed on both sides thereof. The electrode pad 7 bonded to the connection pad of the support substrate 6 through the conductive bonding material is connected.

同様に参照用弾性表面波素子3も、圧電体とインターデジタルトランスデューサ3aとその両側に配される一対の反射器3bとで構成される弾性表面波素子から成り、インターデジタルトランスデューサ3aには、支持基板6の接続パッドに導電性接合材を介して接合される電極パッド7が接続されている。   Similarly, the surface acoustic wave element 3 for reference is also composed of a surface acoustic wave element composed of a piezoelectric body, an interdigital transducer 3a, and a pair of reflectors 3b arranged on both sides thereof. An electrode pad 7 bonded to the connection pad of the substrate 6 via a conductive bonding material is connected.

このような圧力検出用弾性表面波素子2及び参照用弾性表面波素子3を構成する圧電体の材質としては、例えば、センサ基板1と同様の材料、即ち、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料が用いられ、かかる圧電体の表面に、アルミニウムや金等の金属材料を従来周知のスパッタリング法や蒸着法等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィー技術等を採用し、例えば2000Å程度の厚みにてパターン形成することによりインターデジタルトランスデューサ2a、3a及び反射器2b、3b等が形成される。   As a material of the piezoelectric body constituting the pressure detecting surface acoustic wave element 2 and the reference surface acoustic wave element 3, for example, the same material as the sensor substrate 1, that is, quartz, lithium niobate, lithium tantalate A piezoelectric material such as aluminum or gold is used on the surface of the piezoelectric body, and a conventionally known thin film forming technique such as sputtering or vapor deposition, a photolithography technique, or the like is employed. The interdigital transducers 2a and 3a and the reflectors 2b and 3b are formed by forming the pattern in FIG.

なお、通常、圧力検出用弾性表面波素子2及び参照用弾性表面波素子3を構成する圧電体は、センサ基板1表面の一部が使用される。   Normally, a part of the surface of the sensor substrate 1 is used as the piezoelectric body constituting the pressure detecting surface acoustic wave element 2 and the reference surface acoustic wave element 3.

そして、上述したセンサ基板1の下面には、圧力検出用弾性表面波素子2及び参照用弾性表面波素子3を構成するインターデジタルトランスデューサ2a、3a及び反射器2b、3bを囲繞するようにして環状の接合用導体8が設けられている。この接合用導体8はインターデジタルトランスデューサ2a等と同様の金属材料から成り、その表面にはNiメッキやAuメッキ等が施され、後述する封止材4が接合されるようになっている。尚、接合用導体8は、先に述べたインターデジタルトランスデューサ2a等と同様の形成方法、例えば、薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等を採用することによってセンサ基板1の下面に形成される。   The lower surface of the sensor substrate 1 has an annular shape surrounding the interdigital transducers 2a and 3a and the reflectors 2b and 3b constituting the surface acoustic wave element 2 for pressure detection and the surface acoustic wave element 3 for reference. The joining conductor 8 is provided. The joining conductor 8 is made of the same metal material as the interdigital transducer 2a and the like, and its surface is subjected to Ni plating, Au plating or the like, and a sealing material 4 described later is joined thereto. Note that the bonding conductor 8 is formed on the lower surface of the sensor substrate 1 by employing the same formation method as that of the interdigital transducer 2a described above, for example, a thin film formation technique, a photolithography technique, or the like.

一方、支持基板6には、十分な強度を有し、外部からの圧力を受けても変形しにくいといった機械的特性が求められ、例えば、ガラス−セラミック材料やセラミック材料を用いた多層回路基板等が好適に用いられる。   On the other hand, the support substrate 6 is required to have mechanical properties such as sufficient strength and being difficult to be deformed even when subjected to external pressure. For example, a multilayer circuit substrate using a glass-ceramic material or a ceramic material, etc. Are preferably used.

このような支持基板6の上面には、センサ基板1下面の電極パッド7に導電性接合材を介して電気的に接続される接続パッド(図示せず)と、センサ基板1下面の接合用導体8と対向する部位にこの接合用導体8に封止材4を介して接合される環状の接合用導体9が設けられている。   On the upper surface of the support substrate 6, a connection pad (not shown) that is electrically connected to the electrode pad 7 on the lower surface of the sensor substrate 1 via a conductive bonding material, and a bonding conductor on the lower surface of the sensor substrate 1. An annular bonding conductor 9 that is bonded to the bonding conductor 8 via the sealing material 4 is provided at a portion that faces 8.

また支持基板6の下面には、複数個の端子電極(図示せず)が形成されており、これらの端子電極は支持基板6やセンサ基板1の配線パターンやビアホール導体等(図示せず)を介してセンサ基板1下面の圧力検出用弾性表面波素子2及び参照用弾性表面波素子3等と電気的に接続される。   A plurality of terminal electrodes (not shown) are formed on the lower surface of the support substrate 6, and these terminal electrodes are used for wiring patterns, via-hole conductors, etc. (not shown) of the support substrate 6 and the sensor substrate 1. The surface acoustic wave element 2 for pressure detection, the surface acoustic wave element 3 for reference and the like on the lower surface of the sensor substrate 1 are electrically connected.

なお、このような支持基板6は、例えば、従来周知のグリーンシート積層法、具体的には、配線パターンやビアホール導体となる導体ペーストが所定パターンに印刷・塗布されたグリーンシートを複数枚、積層・圧着させた上、これらを一体焼成することによって製作される。   Such a support substrate 6 is formed by, for example, a conventionally known green sheet laminating method, specifically, laminating a plurality of green sheets obtained by printing and applying a wiring pattern or a conductor paste to be a via hole conductor in a predetermined pattern. -It is manufactured by pressure bonding and firing these together.

そして、上述したセンサ基板1と支持基板3との間には、圧力検出用弾性表面波素子2を囲繞するようにして環状の封止材4が介在されている。   An annular sealing material 4 is interposed between the sensor substrate 1 and the support substrate 3 so as to surround the surface acoustic wave element 2 for pressure detection.

封止材4は、例えば、半田やAu−Ni合金等の導体材料から成り、かかる封止材4を双方の基板(センサ基板1、支持基板6)の接合用導体8,9に対して接合させておくことにより、上述した圧力検出用弾性表面波素子2や参照用弾性表面波素子3等を、センサ基板1、支持基板6及び封止材4で囲まれる封止領域内で気密封止するようになっている。   The sealing material 4 is made of, for example, a conductor material such as solder or Au—Ni alloy, and the sealing material 4 is bonded to the bonding conductors 8 and 9 of both substrates (sensor substrate 1 and support substrate 6). By doing so, the above-described surface acoustic wave device 2 for pressure detection, the surface acoustic wave device 3 for reference, and the like are hermetically sealed in a sealing region surrounded by the sensor substrate 1, the support substrate 6, and the sealing material 4. It is supposed to be.

そして、このような封止領域の内部には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが充填され、これによって封止領域内に配置されるインターデジタルトランスデューサ等の酸化腐食等が有効に防止されるようになっている。   The inside of such a sealing region is filled with an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, thereby effectively preventing oxidative corrosion of an interdigital transducer or the like disposed in the sealing region. It has become so.

なお、このような封止材4として半田等の導体材料を用いる場合、これを支持基板6下面のグランド端子に接続させておくようにすれば、センサ素子20の使用時、封止材4はグランド電位に保持されることとなるため、封止材4によるシールド効果が期待でき、外部からの不要なノイズを封止材4でもって良好に遮断することができる。   In addition, when using conductor materials, such as solder, as such a sealing material 4, if this is connected to the ground terminal on the lower surface of the support substrate 6, the sealing material 4 is used when the sensor element 20 is used. Since it is held at the ground potential, the shielding effect by the sealing material 4 can be expected, and unnecessary noise from the outside can be well blocked by the sealing material 4.

また、センサ基板1の電極パッド7と支持基板6の接続パッドとを接続する導電性接合材としては、例えば、半田や導電性樹脂等が用いられる。なお、支持基板6の下面の端子電極には、後述する第1の発振回路、第2の発振回路、コンパレータ及び変換回路を集積したICチップ12、アンプ15及びアンテナ13が接続され、更に、これらを覆うように樹脂14がモールド形成されている。   Further, as the conductive bonding material for connecting the electrode pad 7 of the sensor substrate 1 and the connection pad of the support substrate 6, for example, solder, conductive resin, or the like is used. The terminal electrode on the lower surface of the support substrate 6 is connected to an IC chip 12, an amplifier 15 and an antenna 13 in which a first oscillation circuit, a second oscillation circuit, a comparator and a conversion circuit, which will be described later, are integrated. A resin 14 is molded so as to cover the surface.

このように、第1の発振回路、第2の発振回路、コンパレータ及び変調回路が単一のICチップ12上に集積されており、ICチップ12とセンサ素子とを共通の支持基板上に搭載することによって、圧力センサモジュール10を軽量化・小型化することが可能となる。 As described above, the first oscillation circuit, the second oscillation circuit, the comparator, and the modulation circuit are integrated on the single IC chip 12 , and the IC chip 12 and the sensor element are mounted on the common support substrate 6. By doing so, the pressure sensor module 10 can be reduced in weight and size.

そして、本発明の圧力センサモジュール10においては、センサ基板1上の圧力検出用弾性表面波素子2と参照用弾性表面波素子3とが並列に配置されている。即ち、圧力検出用弾性表面波素子2と参照用弾性表面波素子3とは、両素子2,3の弾性表面波の伝播方向が平行で、且つ、弾性表面波の伝播方向と直交する方向に並んで配置されている。   In the pressure sensor module 10 of the present invention, the pressure detecting surface acoustic wave element 2 and the reference surface acoustic wave element 3 on the sensor substrate 1 are arranged in parallel. That is, the surface acoustic wave element 2 for pressure detection and the surface acoustic wave element 3 for reference are in a direction in which the propagation directions of the surface acoustic waves of both elements 2 and 3 are parallel and perpendicular to the propagation direction of the surface acoustic waves. They are arranged side by side.

本発明の圧力センサモジュール10によれば、センサ基板1上の圧力検出用弾性表面波素子2と参照用弾性表面波素子3とを並列に配置したことから、圧力検出用弾性表面波素子2と参照用弾性表面波素子3とを同一基板上に形成し小型化したとしても、それぞれの弾性表面波の搬送波が同一ライン上を進行することはないのでモレ搬送波と隣接する参照用弾性表面波素子2あるいは圧力検出用弾性表面波素子3の搬送波とが互いに干渉することはなく、その結果、圧力測定を正確に行なうことができる。   According to the pressure sensor module 10 of the present invention, the pressure detecting surface acoustic wave element 2 and the reference surface acoustic wave element 3 on the sensor substrate 1 are arranged in parallel. Even if the surface acoustic wave element 3 for reference is formed on the same substrate and miniaturized, the surface acoustic wave element for reference adjacent to the mole carrier does not travel on the same line. 2 or the carrier wave of the surface acoustic wave element 3 for pressure detection does not interfere with each other, and as a result, pressure can be measured accurately.

なお、圧力検出用弾性表面波素子2と参照用弾性表面波素子3とは、それぞれの搬送波とモレ搬送波との干渉を防止するという観点からは、必ずしも隣接して配置する必要はないが、すなわち搬送波の進行方向に両者の位置がずれて配置されていても構わないが、小型化という観点からは、図1に示すように両者を隣接して並列に配置することが好ましい。また、図4に示すように、圧力検出用弾性表面波素子2と参照用弾性表面波素子3とを隣接して並列に配置した場合、両者の電極ッド7を共有して用いることにより圧力検出用弾性表面波素子2と参照用弾性表面波素子3とを近接して配置することができるので、より小型化が可能となる。 Note that the surface acoustic wave element for pressure detection 2 and the surface acoustic wave element for reference 3 are not necessarily arranged adjacent to each other from the viewpoint of preventing interference between the carrier wave and the mole carrier wave. Although both positions may be shifted in the traveling direction of the carrier wave, from the viewpoint of miniaturization, it is preferable that they are adjacently arranged in parallel as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 4, when placed parallel and adjacent to the reference surface acoustic wave device 3 and the pressure detection surface acoustic wave element 2, by using share both electrodes Pas head 7 Since the surface acoustic wave element for pressure detection 2 and the surface acoustic wave element for reference 3 can be arranged close to each other, the size can be further reduced.

次に、本実施形態にかかる圧力センサモジュールの回路構成について説明する。   Next, a circuit configuration of the pressure sensor module according to the present embodiment will be described.

圧力検出用弾性表面波素子2は、図3に示すように、その共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第1の発振回路と接続しており、この発振した電気信号をコンパレータに出力する。本実施形態の圧力検出用弾性表面波素子2は、センサ基板1の凹部5の直下領域(以下、肉薄部という。)に形成されているので、センサ基板1の上方より外部からの圧力が印加されると、圧力検出用弾性表面波素子2が圧力の強さに応じて上記肉薄部と共に変形し、その共振周波数を変化させることにより圧力変動を検出するようになっている。   As shown in FIG. 3, the surface acoustic wave element 2 for pressure detection is connected to a first oscillation circuit that oscillates an electric signal of a predetermined frequency based on the resonance frequency, and this oscillated electric signal is supplied to a comparator. Output. Since the surface acoustic wave element 2 for pressure detection according to the present embodiment is formed in a region immediately below the recess 5 of the sensor substrate 1 (hereinafter referred to as a thin portion), an external pressure is applied from above the sensor substrate 1. Then, the surface acoustic wave element 2 for pressure detection is deformed together with the thin portion according to the strength of the pressure, and the pressure fluctuation is detected by changing the resonance frequency.

参照用弾性表面波素子3は、図3に示すように、その共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第2の発振回路と接続しており、同じくこの発振した電気信号をコンパレータに出力する。また、参照用弾性表面波素子3は、その共振周波数に基づく出力信号を、圧力検出用弾性表面波素子2を構成するセンサ用弾性表面波素子の共振周波数に基づく出力信号と比較するためのものであり、かかる参照用弾性表面波素子3は凹部の形成領域外、即ち、センサ基板1の肉厚部に設けられているため、センサ基板1の上方より外部からの圧力が印加されても殆ど変形することはなく、圧力が印加されているか否かにかかわらず、第2の発振回路を介して所定周波数の電気信号を発振することができる。 As shown in FIG. 3, the surface acoustic wave element for reference 3 is connected to a second oscillation circuit that oscillates an electric signal having a predetermined frequency based on the resonance frequency, and this oscillated electric signal is also supplied to a comparator. Output. The reference surface acoustic wave element 3 is for comparing an output signal based on the resonance frequency with an output signal based on the resonance frequency of the surface acoustic wave element for sensors constituting the surface acoustic wave element 2 for pressure detection. Since the reference surface acoustic wave element 3 is provided outside the region where the recess 5 is formed, that is, in the thick portion of the sensor substrate 1, even if external pressure is applied from above the sensor substrate 1. Almost no deformation occurs, and an electric signal having a predetermined frequency can be oscillated through the second oscillation circuit regardless of whether or not pressure is applied.

そして本実施形態の圧力センサモジュールは、圧力検出用弾性表面波素子2と参照用弾性表面波素子3とは共振周波数が同じとなるように設計されているので、双方の弾性表面波素子の共振周波数に基づく2つの電気信号をコンパレータで比較し変換信号を生成することにより、センサ基板1の上方より印加される外部からの圧力変動を検出するようになっている。   In the pressure sensor module of the present embodiment, the surface acoustic wave element for pressure detection 2 and the surface acoustic wave element for reference 3 are designed to have the same resonance frequency. By comparing two electric signals based on the frequency with a comparator and generating a conversion signal, a pressure fluctuation from the outside applied from above the sensor substrate 1 is detected.

またこのとき、上述した圧力検出用弾性表面波素子2及び参照用弾性表面波素子3は同一のセンサ基板1上に形成されているので、共振周波数の温度依存性は、双方の弾性表面波素子の共振周波数に基づく2つの電気信号をコンパレータで比較したときにキャンセルされ、コンパレータで比較された変換信号が温度補正されたものとなる。   At this time, since the pressure detecting surface acoustic wave element 2 and the reference surface acoustic wave element 3 are formed on the same sensor substrate 1, the temperature dependence of the resonance frequency is determined by both surface acoustic wave elements. When the two electrical signals based on the resonance frequency are compared by the comparator, the signal is canceled and the conversion signal compared by the comparator is temperature-corrected.

そして、コンパレータで比較して生成された変換信号、図3に示すように、上述した第2の発振回路からの電気信号変調回路によって変調され、得られた圧力変動データが、アンプ等により増幅されてアンテナ13から外部に出力されることとなり、かくして、本実施形態の圧力センサモジュール10は、気体や液体などの圧力の変動を検出した圧力変動データを送信する圧力センサモジュールとして機能するようになる。 Then, the conversion signal generated by comparing with a comparator, as shown in FIG. 3, the electrical signal from the second oscillating circuits described above is modulated by the modulation circuit, resulting pressure variation data, by an amplifier or the like It is amplified and output to the outside from the antenna 13. Thus, the pressure sensor module 10 of this embodiment functions as a pressure sensor module that transmits pressure fluctuation data that detects pressure fluctuations such as gas and liquid. become.

このように本実施形態の圧力センサモジュール10によれば、参照用弾性表面波素子3を圧力検出用弾性表面波素子2と同一のセンサ基板1上に設けており、参照用弾性表面波素子3の共振周波数に基づいて発振する電気信号を、圧力検出用弾性表面波素子2の共振周波数に基づいて発振する電気信号と比較して変換信号を生成するのに用いるとともに、該変換信号変調する信号としても用いたことから、搭載する部品点数が少なくなり、圧力センサモジュール10の軽量・小型化を図ることが可能となる。 As described above, according to the pressure sensor module 10 of the present embodiment, the reference surface acoustic wave element 3 is provided on the same sensor substrate 1 as the pressure detecting surface acoustic wave element 2, and the reference surface acoustic wave element 3 is provided. The electrical signal oscillated based on the resonance frequency of the pressure is used to generate a converted signal by comparing with the electrical signal oscillated based on the resonant frequency of the surface acoustic wave element 2 for pressure detection, and is modulated by the converted signal. that since also used as signal, fewer parts to be mounted is, it becomes possible to reduce the weight and miniaturization of the pressure sensor module 10.

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change and improvement are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.

例えば、上述した実施形態においては半田等の導体材料を用いて封止材4を形成するようにしたが、これに代えて、エポキシ樹脂等の封止性に優れた樹脂材料を用いて封止材4を形成するようにしても構わない。この場合、センサ基板1の下面や支持基板3の上面に接合用導体8,9等を設ける必要はない。また、封止材4を樹脂材料によって形成する場合、その中に金属微粒子等の導電性フィラを所定量添加して封止材4に導電性を付与した上、これを支持基板下面のグランド端子に電気的に接続させておくようにすれば、上述した実施形態と同様に、封止材4をシールド材として機能させることができ、封止領域内の圧力検出用弾性表面波素子2を外部からのノイズに影響されることなく安定して動作させることが可能となる。   For example, in the above-described embodiment, the sealing material 4 is formed using a conductor material such as solder. Instead, the sealing material 4 is sealed using a resin material having excellent sealing properties such as an epoxy resin. The material 4 may be formed. In this case, it is not necessary to provide the bonding conductors 8 and 9 on the lower surface of the sensor substrate 1 or the upper surface of the support substrate 3. Further, when the sealing material 4 is formed of a resin material, a predetermined amount of conductive filler such as metal fine particles is added therein to impart conductivity to the sealing material 4, and this is used as a ground terminal on the lower surface of the support substrate. As in the above-described embodiment, the sealing material 4 can function as a shield material, and the surface acoustic wave element 2 for pressure detection in the sealing region can be externally connected. It is possible to operate stably without being affected by noise from the.

本発明の一実施形態にかかる圧力センサモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the pressure sensor module concerning one Embodiment of this invention. 図1の圧力センサモジュールに用いられるセンサ素子の斜視図である。It is a perspective view of the sensor element used for the pressure sensor module of FIG. 本発明の一実施形態にかかる圧力センサモジュールの回路構成を説明する図である。It is a figure explaining the circuit structure of the pressure sensor module concerning one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施例におけるセンサ素子の斜視図である。It is a perspective view of the sensor element in the other Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・センサ基板
2・・・圧力検出用弾性表面波素子
2a・・・圧力検出用弾性表面波素子のインターデジタルトランスデューサ
2b・・・圧力検出用弾性表面波素子の反射器
3・・・参照用弾性表面波素子
3a・・・参照用弾性表面波素子のインターデジタルトランスデューサ
3b・・・参照用弾性表面波素子の反射器
4・・・封止材
5・・・凹部
6・・・支持基板
7・・・電極パッド
8,9・・・接合用導体
10・・・圧力センサモジュール
12・・・ICチップ
13・・・アンテナ
14・・・樹脂
15・・・アンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor substrate 2 ... Surface acoustic wave element for pressure detection 2a ... Interdigital transducer of surface acoustic wave element for pressure detection 2b ... Reflector of surface acoustic wave element for pressure detection 3 ... Surface acoustic wave element for reference 3a ... Interdigital transducer for surface acoustic wave element for reference 3b ... Reflector for surface acoustic wave element for reference 4 ... Sealing material 5 ... Recess 6 ... Support Substrate 7 ... Electrode pad 8,9 ... Conducting conductor 10 ... Pressure sensor module 12 ... IC chip 13 ... Antenna 14 ... Resin 15 ... Amplifier

Claims (2)

面に凹部が形成されているセンサ基板の下面の前記凹部直下の前記凹部の形成領域内に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む圧力検出用弾性表面波素子、前記凹部の形成領域外に、圧電体及びインターデジタルトランスデューサを含む参照用弾性表面波素子が、前記凹部の形成領域内および形成領域外に跨って電極パッドがそれぞれ設けられたセンサ素子と、
前記圧力検出用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第1の発振回路と、
前記参照用弾性表面波素子の共振周波数に基づいて所定周波数の電気信号を発振する第2の発振回路と、
前記第1の発振回路からの電気信号と前記第2の発振回路からの電気信号とを比較して変換信号を生成するとともに、該変換信号を出力するコンパレータと、
コンパレータからの前記変換信号前記第2の発振回路からの電気信号を変調して外部に出力する変調回路と、を備えてなる圧力センサモジュールであって、
前記センサ基板上の前記圧力検出用弾性表面波素子と前記参照用弾性表面波素子と、両素子の弾性表面波の伝播方向平行に、且つ、弾性表面波の伝播方向と直交する方向に、両素子が前記電極パッドを共有するように隣接して並べて配置されていることを特徴とする圧力センサモジュール。
Of the lower surface of the sensor substrate recess in the upper surface is formed, the recess forming region directly below the recess, the pressure detecting surface acoustic wave element including a piezoelectric body and interdigital transducers formed outside the region of the recess In addition, a surface acoustic wave element for reference including a piezoelectric body and an interdigital transducer is provided with a sensor element provided with an electrode pad in the formation area of the recess and outside the formation area, and
A first oscillation circuit that oscillates an electric signal having a predetermined frequency based on a resonance frequency of the surface acoustic wave element for pressure detection;
A second oscillation circuit that oscillates an electric signal having a predetermined frequency based on a resonance frequency of the surface acoustic wave element for reference;
A comparator for generating a converted signal by comparing the electrical signal from the first oscillator circuit and the electrical signal from the second oscillator circuit, and outputting the converted signal;
A pressure sensor module comprising and a modulation circuit for outputting to the outside the electrical signal is modulated from the second oscillator circuit in the converted signal from the comparator,
And the pressure detection surface acoustic wave element on said sensor substrate and the reference SAW element, parallel to the propagation direction of the surface acoustic wave of both elements, and, in a direction perpendicular to the propagation direction of the surface acoustic wave a pressure sensor module, characterized in that both elements are arranged adjacently so as to share the electrode pad.
前記第1の発振回路、前記第2の発振回路、前記コンパレータ及び前記変調回路が単一のICチップ上に集積されており、該ICチップと前記センサ素子とが共通の支持基板上に搭載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モジュール。   The first oscillation circuit, the second oscillation circuit, the comparator, and the modulation circuit are integrated on a single IC chip, and the IC chip and the sensor element are mounted on a common support substrate. The pressure sensor module according to claim 1.
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