以下、本発明を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のセンサモジュールの第１の実施態様のうちの１つの実施形態（実施形態１−１）である、センサモジュール１０について説明する図である。図１（ａ）は、センサモジュール１０から後述する封止樹脂層４８を除いた状態の概略上面図である。また、図１（ｂ）は、センサモジュール１０の概略断面図であり、図１（ｃ）は、センサモジュール１０から後述する蓋体２２を除いた状態を示す概略下面図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating asensor module 10 that is one embodiment (embodiment 1-1) of the first embodiment of the sensor module of the present invention. FIG. 1A is a schematic top view of a state in which a sealingresin layer 48 described later is removed from thesensor module 10. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of thesensor module 10, and FIG. 1C is a schematic bottom view showing a state in which alid 22 described later is removed from thesensor module 10.
センサモジュール１０は、例えば複数の絶縁層１２ａが積層してなる基体１２と、基体１２の後述する枠状部１４の斜面に設けられた段差部１４ａに接合して固定された蓋体２２と、例えばピエゾ抵抗型加速度センサ素子である加速度センサ素子３２（第１センサ素子３２）と、例えば公知の温度センサ素子３４（第２センサ素子３４）と、回路素子４２や４４、およびコンデンサ４６等からなる電子回路部品４１と、例えば樹脂材料から封止樹脂層４８とを有して構成されている。 Thesensor module 10 includes, for example, abase body 12 formed by laminating a plurality of insulatinglayers 12a, alid body 22 bonded and fixed to a steppedportion 14a provided on an inclined surface of a frame-like portion 14 described later of thebase body 12, For example, it includes an acceleration sensor element 32 (first sensor element 32) that is a piezoresistive acceleration sensor element, a known temperature sensor element 34 (second sensor element 34),circuit elements 42 and 44, acapacitor 46, and the like. The electronic circuit component 41 includes a sealingresin layer 48 made of, for example, a resin material.
基体１２は、例えば周知のグリーンシート積層法によって作製された積層基板である。具体的には、接続パッド２１や外部接続端子２３、内部配線パターン２５やビアホール導体２７となる導体ペーストが印刷・塗布された複数のグリーンシートを、積層・圧着し、これを一体焼成することで作製されている。 Thesubstrate 12 is a laminated substrate produced by, for example, a known green sheet laminating method. Specifically, a plurality of green sheets on which conductive paste to be theconnection pads 21,external connection terminals 23,internal wiring patterns 25, and via-hole conductors 27 are printed and applied are laminated and pressure-bonded, and then integrally fired. Have been made.
より具体的には、基体１２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラス−セラミックス等のセラミックス材料から成る積層体であり、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクタブレード法を採用してシート状に成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工・積層加工・切断加工を施すことにより生セラミック成形体を得、最後にこの生セラミック成形体を約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。 More specifically, thesubstrate 12 is, for example, an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, a silicon nitride sintered body, glass-ceramics, or the like. For example, in the case of an aluminum oxide sintered body, a suitable organic binder, solvent, and plasticizer for ceramic raw material powders such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, and calcium oxide・ Adding and mixing a dispersing agent to form a slurry, and forming this into a sheet by employing a conventionally known doctor blade method, and then obtaining a plurality of ceramic green sheets. A green ceramic molded body is obtained by performing appropriate punching, laminating, and cutting, and finally this green ceramic It is manufactured by firing a form at a temperature of about 1600 ° C..
また、接続パッド２１や外部接続端子２３および内部配線パターン２５は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末メタライズから成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤等を添加混合して得たメタライズペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用して基体１２用のセラミックグリーンシートに所定のパターンに印刷塗布し、これを基体１２用の生セラミック成形体とともに焼成することによって基体１２の内部および表面に所定のパターンに形成される。なお、接続パッド２１や外部接続端子２３および内部配線パターン２５の露出表面には、導体表面が酸化腐食するのを防止するとともにハンダ等の導電性接合材との接合を良好なものとするために、通常であれば、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルメッキ層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着されている。 Further, theconnection pad 21, theexternal connection terminal 23 and theinternal wiring pattern 25 are made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, copper, silver, etc., and suitable organic binder, solvent, plasticizer, dispersant for metal powder such as tungsten. A metallized paste obtained by adding and mixing the above is printed on a ceramic green sheet for thesubstrate 12 in a predetermined pattern using a conventionally known screen printing method, and is fired together with a green ceramic molded body for thesubstrate 12. Thus, a predetermined pattern is formed inside and on the surface of thesubstrate 12. The exposed surfaces of theconnection pads 21, theexternal connection terminals 23, and theinternal wiring patterns 25 are to prevent the conductor surface from being oxidatively corroded and to have good bonding with a conductive bonding material such as solder. Normally, a nickel plating layer having a thickness of about 1 to 10 μm and a gold plating layer having a thickness of about 0.1 to 3 μm are sequentially deposited.
基体１２は、第１センサ素子３２が載置される載置面１２Ａから突出した枠状部１４が形成されている。枠状部１４は載置面１２Ａに形成されており、周囲が枠状部１４によって囲まれたキャビティ部１１の内部領域に、第１センサ素子３２が配置されている。この枠状部１４の突出端面には、外部接続端子２３が配置されている。また、枠状部１４の側面の、突出端面（外部接続端子２３）よりも載置面１２Ａに近い位置には、載置面１２Ａと略平行な面を有する段差部１４ａが設けられている。段差部１４ａには、蓋体接続電極２９が設けられている。この段差部１４ａには、例えば金属からなる蓋体２２が、その周縁部が接合されて固定されており、蓋体２２と蓋体接続電極２９とは電気的に接続されている。このように、センサモジュール１０には、基体１２における第１センサ素子３２の載置面１２Ａと、載置面１２Ａから突出した枠状部１４の内周面と、蓋体２２とで囲まれた封止空間が形成されている。 Thebase body 12 is formed with a frame-like portion 14 protruding from theplacement surface 12A on which thefirst sensor element 32 is placed. The frame-shaped portion 14 is formed on themounting surface 12 </ b> A, and thefirst sensor element 32 is disposed in the internal region of thecavity portion 11 surrounded by the frame-shaped portion 14. Anexternal connection terminal 23 is disposed on the projecting end surface of the frame-like portion 14. Further, astepped portion 14a having a surface substantially parallel to themounting surface 12A is provided on the side surface of the frame-shaped portion 14 at a position closer to themounting surface 12A than the protruding end surface (external connection terminal 23). Alid connection electrode 29 is provided on thestepped portion 14a. Alid body 22 made of, for example, metal is fixed to thestepped portion 14a by joining its peripheral edge portion, and thelid body 22 and the lidbody connection electrode 29 are electrically connected. As described above, thesensor module 10 is surrounded by themounting surface 12A of thefirst sensor element 32 in thebase 12, the inner peripheral surface of the frame-like portion 14 protruding from themounting surface 12A, and thelid body 22. A sealed space is formed.
第１の実施態様に対応するセンサモジュール１０では、このキャビティ部１１の内部に、第１センサ素子３２が収容されるとともに、キャビティ部１１の内部の載置面１２Ａの表面に、蓋体２２と対向する固定電極２４が配置されている。 In thesensor module 10 corresponding to the first embodiment, thefirst sensor element 32 is accommodated in thecavity portion 11, and thelid 22 is formed on the surface of themounting surface 12 </ b> A inside thecavity portion 11. Opposingfixed electrodes 24 are arranged.
センサモジュール１０では、基体１２の載置面１２Ａと反対の側の基板面１２Ｂに、第２センサ素子３４、回路素子４２、４４、およびコンデンサ４６等からなる電子回路部品４１が配置されている。例えば回路素子４２、４４は、例えばフリップチップ実装によって、ビアホール導体２７や内部配線パターン２５と接続した電極パッド４３と接続されている。なお、回路素子４２および４４は、接着剤等により基体１２の基板面１２Ｂに設置され、ワイヤボンディング等で形成された導線によって、基板面１２Ｂに設けられた電極パッド４３等と電気的に接続されていてもよい。例えば突出部１４の突出端面に設けられた外部接続端子２３は、ビアホール導体２７や内部配線パターン２５、および基板面１２Ｂの電極パッド４３や図示しない配線パターンを介して、回路素子４２および４４等と電気的に接続されている。センサモジュール１０では、この外部接続端子２３を介して各回路素子４２、４４等から信号を出力したり、また、この外部端子２３を介して各回路素子４２、４４等に所定の制御信号や、後述する補正データ等を入力可能となっている。また、固定電極２４および蓋体側接続電極２９は、ビアホール導体２７や内部配線パターン２５を介して回路素子４２と電気的に接続されている。なお、本明細書に添付の各図においては、接続パッド２１、内部配線パターン２５やビアホール導体２７について、その一部のみを示している。本発明のセンサモジュールの各実施形態それぞれにおいて、センサモジュール１０を構成する各部は、本明細書に記載されているように電気的に接続されている。基体における接続パッドや内部配線パターン、およびビアホール導体等の配置や形状は、特に限定されない。 In thesensor module 10, an electronic circuit component 41 including asecond sensor element 34,circuit elements 42 and 44, acapacitor 46, and the like is disposed on thesubstrate surface 12 </ b> B opposite to themounting surface 12 </ b> A of thebase 12. For example, thecircuit elements 42 and 44 are connected to theelectrode pads 43 connected to the via-hole conductor 27 and theinternal wiring pattern 25 by, for example, flip chip mounting. Thecircuit elements 42 and 44 are installed on thesubstrate surface 12B of thebase 12 by an adhesive or the like, and are electrically connected to theelectrode pads 43 and the like provided on thesubstrate surface 12B by conducting wires formed by wire bonding or the like. It may be. For example, theexternal connection terminal 23 provided on the protruding end surface of the protrudingportion 14 is connected to thecircuit elements 42 and 44, etc. via the via-hole conductor 27, theinternal wiring pattern 25, theelectrode pad 43 on thesubstrate surface 12B, and a wiring pattern (not shown). Electrically connected. In thesensor module 10, signals are output from thecircuit elements 42, 44, etc. via theexternal connection terminals 23, and predetermined control signals are output to thecircuit elements 42, 44, etc. via theexternal terminals 23, Correction data and the like to be described later can be input. Thefixed electrode 24 and the lid-side connection electrode 29 are electrically connected to thecircuit element 42 via the via-hole conductor 27 and theinternal wiring pattern 25. In each drawing attached to this specification, only a part of theconnection pad 21, theinternal wiring pattern 25, and the via-hole conductor 27 is shown. In each of the embodiments of the sensor module of the present invention, each part constituting thesensor module 10 is electrically connected as described in this specification. The arrangement and shape of the connection pads, internal wiring patterns, via-hole conductors, etc. on the substrate are not particularly limited.
蓋体２２は可塑性を有する金属からなり、例えばＮｉ−Ｆｅ合金やＮｉ−Ｆｅ―Ｃｏ合金からなり、厚さは例えば５０〜１００μｍとされている。蓋体２２は、シーム溶接や接着剤により、枠状部１４の段差部１４ａに接合されて、キャビティ１１を閉塞（密閉）して第１センサ素子３２の収容空間を封止している。蓋体２２は、段差部１４ａに設けられた蓋体側電極２９と電気的に接続されている。固定電極２４および蓋体側接続電極２９は回路素子４２と電気的に接続されている。回路素子４２は固定電極２４と蓋体側接続電極２９との間隙の電気容量の値を常時モニタし、さらに、モニタした電気容量の値をキャビティ１１の外部の圧力の値に換算する。回路素子４２は、この圧力値情報を、ビアホール導体２７や内部配線パターン２５を介して外部接続端子２３へ出力する。 Thelid body 22 is made of a metal having plasticity, such as a Ni—Fe alloy or a Ni—Fe—Co alloy, and has a thickness of, for example, 50 to 100 μm. Thelid body 22 is joined to thestepped portion 14a of the frame-like portion 14 by seam welding or an adhesive, and closes (seals) thecavity 11 to seal the accommodation space of thefirst sensor element 32. Thelid body 22 is electrically connected to a lidbody side electrode 29 provided in thestep portion 14a. Thefixed electrode 24 and the lid-side connection electrode 29 are electrically connected to thecircuit element 42. Thecircuit element 42 constantly monitors the value of the electric capacity in the gap between thefixed electrode 24 and the lid-side connection electrode 29, and further converts the monitored electric capacity value into a pressure value outside thecavity 11. Thecircuit element 42 outputs this pressure value information to theexternal connection terminal 23 via thevia hole conductor 27 and theinternal wiring pattern 25.
キャビティ１１を閉塞する蓋体２２は可塑性であり、キャビティ１１の内部圧力と、キャビティ１１の外部圧力との圧力差に応じて変形する。例えば、キャビティ１１外の圧力が比較的高くなれば、蓋体２２はキャビティ１１の内側に向けて凹み、一方、キャビティ１１外の圧力が比較的低くなればキャビティ外に向けて突出するように変形する。蓋体２２と固定電極２４との間隙の静電容量は蓋体２２の変形に応じて変動し、回路素子４２がこの静電容量に基づいた圧力値を求めて出力する。センサモジュール１０では、このように、キャビティ１１を閉塞する蓋体２２と、キャビティ１１内に配置された固定電極２４とで、ダイアフラム式圧力センサ１３を構成している。なお、蓋体２２は金属であることに限定されない。蓋体２２は、少なくとも一部が導電性を有していればよく、例えば金属層とセラミック等からなる絶縁体層とが、複数積層された構造であってもよい。蓋体２２の構造や厚さなどは、測定対象である外部圧力の大きさの程度、必要な測定精度等に応じて適宜設定すればよく、蓋体２２の構成については特に限定されない。 Thelid 22 that closes thecavity 11 is plastic and deforms according to the pressure difference between the internal pressure of thecavity 11 and the external pressure of thecavity 11. For example, when the pressure outside thecavity 11 is relatively high, thelid 22 is recessed toward the inside of thecavity 11, while when the pressure outside thecavity 11 is relatively low, thelid 22 is deformed so as to protrude outside thecavity 11. To do. The capacitance of the gap between thelid 22 and the fixedelectrode 24 varies according to the deformation of thelid 22, and thecircuit element 42 obtains and outputs a pressure value based on this capacitance. In thesensor module 10, the diaphragm pressure sensor 13 is configured by thelid body 22 that closes thecavity 11 and the fixedelectrode 24 arranged in thecavity 11 as described above. Thelid 22 is not limited to being a metal. Thelid 22 only needs to be at least partially conductive. For example, thelid 22 may have a structure in which a plurality of metal layers and insulating layers made of ceramic or the like are stacked. The structure, thickness, and the like of thelid body 22 may be appropriately set according to the degree of the external pressure to be measured, the required measurement accuracy, and the like, and the configuration of thelid body 22 is not particularly limited.
第１センサ素子３２は、エポキシ系接着剤３３等で基体１２の載置面１２Ａに固定されている。図２は、第１センサ素子３２について説明する図であり、図２（ａ）は第１センサ素子３２の概略上面図、図２（ｂ）は第１センサ素子３２の概略断面図である。第１センサ素子３２は、枠状体３６で囲まれた内部領域に、可動部としての可動体３８が配置されて構成されている。枠状体３６は、基体１２の載置面１２Ａに接合されて固定される固定部である。可動体３８は、枠状体３６に囲まれた内部領域に配置される重錘部３８ａと、枠状体３６の蓋体２２側から重錘部３８ａに延びて重錘部３８ａを支持する梁部３８ｂとを備えている。第１センサ素子３２において、重錘部３８ａと載置面１２Ａとの距離は、エポキシ接着剤３３の厚みによって調整されており、重錘部３８ａと載置面１２Ａとのギャップが、例えば１０μｍに設定されている。 Thefirst sensor element 32 is fixed to the mountingsurface 12A of the base 12 with an epoxy adhesive 33 or the like. 2A and 2B are diagrams illustrating thefirst sensor element 32. FIG. 2A is a schematic top view of thefirst sensor element 32, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of thefirst sensor element 32. Thefirst sensor element 32 is configured by arranging amovable body 38 as a movable portion in an internal region surrounded by a frame-shapedbody 36. The frame-shapedbody 36 is a fixed portion that is bonded and fixed to the mountingsurface 12 </ b> A of thebase body 12. Themovable body 38 includes aweight portion 38a disposed in an inner region surrounded by the frame-like body 36, and a beam that extends from thelid 22 side of the frame-like body 36 to theweight portion 38a and supports theweight portion 38a.Part 38b. In thefirst sensor element 32, the distance between theweight portion 38a and theplacement surface 12A is adjusted by the thickness of theepoxy adhesive 33, and the gap between theweight portion 38a and theplacement surface 12A is, for example, 10 μm. Is set.
複数の梁部３８ｂのそれぞれには、梁部３８ｂの変形とともに変形し、変形に応じた電気信号を発するピエゾ抵抗体からなる抵抗素子３９ａ、３９ｂ、３９ｃが設けられている。梁部３８ｂには、図中ｘ軸方向の加速度を検出するための抵抗素子３９ａ、図中ｙ軸方向の加速度を検出するための抵抗素子３９ｂ、図中ｚ軸方向の加速度を検出するための抵抗素子３９ｃ、がそれぞれ配置されている。枠状体３６の表面には、図示しない導体パターンを介して各抵抗素子３９ａ〜３９ｃそれぞれと接続した電極パッド３５が設けられている。センサモジュール１０において電極パッド３５は、ワイヤボンディングによって形成された導線１７を介して、基体１２の側の接続パッド２１と電気的に接続されている。 Each of the plurality ofbeam portions 38b is provided withresistance elements 39a, 39b, and 39c made of piezoresistors that are deformed along with the deformation of thebeam portion 38b and generate an electric signal corresponding to the deformation. Thebeam portion 38b includes aresistance element 39a for detecting acceleration in the x-axis direction in the figure, aresistance element 39b for detecting acceleration in the y-axis direction in the figure, and a sensor for detecting acceleration in the z-axis direction in the figure.Resistive elements 39c are respectively disposed. On the surface of the frame-like body 36,electrode pads 35 connected to therespective resistance elements 39a to 39c through conductor patterns (not shown) are provided. In thesensor module 10, theelectrode pad 35 is electrically connected to theconnection pad 21 on the base 12 side via aconducting wire 17 formed by wire bonding.
第１センサ素子３２に加速度が生じると、慣性によって重錘部３８ａが変位し、加速度の大きさおよび方向に応じて各梁部３８ｂがそれぞれ変形し、この変形に応じて各抵抗素子３９ａ〜３９ｃそれぞれから電気信号が発せられる。各梁部３８ｂの変形に応じて各抵抗素子３９ａ〜３９ｃから発せられた電気信号は、電極パッド３５を介して基体１２の側の接続パッド２１に送られる。電極パッド３５と接続した接続パッド２１は、回路素子４４と電気的に接続されており、回路素子４４は、ピエゾ抵抗体３９から発せられた変形に応じた電気信号を常時モニタする。回路素子４４は、さらに、モニタした電気情報を第１センサ素子３２の加速度に換算し、換算した加速度情報を、ビアホール導体２７や内部配線パターン２５を介して外部接続端子２３へ出力する。 When acceleration is generated in thefirst sensor element 32, theweight portion 38a is displaced due to inertia, and eachbeam portion 38b is deformed according to the magnitude and direction of the acceleration, and each of theresistance elements 39a to 39c according to this deformation. An electrical signal is emitted from each. The electrical signals emitted from theresistance elements 39a to 39c according to the deformation of thebeam portions 38b are sent to theconnection pads 21 on the base 12 side through theelectrode pads 35. Theconnection pad 21 connected to theelectrode pad 35 is electrically connected to thecircuit element 44, and thecircuit element 44 constantly monitors an electrical signal corresponding to the deformation emitted from thepiezoresistor 39. Thecircuit element 44 further converts the monitored electrical information into the acceleration of thefirst sensor element 32 and outputs the converted acceleration information to theexternal connection terminal 23 via the via-hole conductor 27 and theinternal wiring pattern 25.
このように、第１センサ素子３２は、蓋体２２と固定電極２４とで構成されるダイアフラム式圧力センサ１３とは異なる物理量を計測するセンサである。センサモジュール１０では、キャビティ１１の内側に第１センサ素子３２を配置することで、ダイアフラム式圧力センサ１３と、このダイアフラム式圧力センサ１３と異なる物理量を計測する第１センサ素子３２とを、比較的少ない実装面積で集積させている。さらに、センサモジュール１０では、ダイアフラム式圧力センサ１３からの出力情報（静電容量の情報）を、キャビティ１１外部の圧力の値に換算するための回路素子４２を、基体１２の上記反対側の基板面１２Ｂに配置している。また、第１センサ素子３２からの出力情報（上記変形に応じた電気信号）を、第１センサ素子３２の加速度に換算するための回路素子４４も、基体１２の上記反対側の基板面１２Ｂに配置している。これにより、例えば、ダイアフラム式圧力センサ１３および第１センサ素子３２と並列に、基体１２の表面に各回路素子４２、４４を設ける場合に比べて、センサモジュールにおけるセンサおよび回路の実装面積を比較的小さくすることができる。また、コンデンサ４６等からなる各種電子部品についても、基体１２の上記反対側の基板面１２Ｂに実装されており、センサモジュール１０をさらに比較的コンパクトに構成している。なお、本明細書に記載の各実施態様および実施形態では、いずれも回路素子４２および４４が備えられているが、これら回路素子を必ずしも備えている必要はない。例えば、上記静電容量の情報や、上記変形に応じた電気信号等を、外部接続端子から直接出力する構成であってもよい。 As described above, thefirst sensor element 32 is a sensor that measures a physical quantity different from that of the diaphragm pressure sensor 13 including thelid body 22 and the fixedelectrode 24. In thesensor module 10, by disposing thefirst sensor element 32 inside thecavity 11, the diaphragm pressure sensor 13 and thefirst sensor element 32 that measures a physical quantity different from the diaphragm pressure sensor 13 are relatively It is integrated with a small mounting area. Further, in thesensor module 10, acircuit element 42 for converting output information (capacitance information) from the diaphragm pressure sensor 13 into a pressure value outside thecavity 11 is provided on the substrate on the opposite side of thebase 12. It arrange | positions to thesurface 12B. Further, acircuit element 44 for converting output information from the first sensor element 32 (electric signal corresponding to the deformation) into acceleration of thefirst sensor element 32 is also provided on thesubstrate surface 12B on the opposite side of thebase 12. It is arranged. Thereby, for example, compared with the case where thecircuit elements 42 and 44 are provided on the surface of the base 12 in parallel with the diaphragm pressure sensor 13 and thefirst sensor element 32, the mounting area of the sensor and the circuit in the sensor module is relatively small. Can be small. Various electronic components including thecapacitor 46 and the like are also mounted on thesubstrate surface 12B on the opposite side of thebase 12, and thesensor module 10 is configured to be relatively compact. In each of the embodiments and embodiments described in this specification, thecircuit elements 42 and 44 are provided, but it is not always necessary to include these circuit elements. For example, the configuration may be such that the information on the capacitance, the electrical signal corresponding to the deformation, or the like is directly output from the external connection terminal.
センサモジュール１０では、第１センサ素子３２の梁部３８ｂの側を覆うように蓋体２２が配置されており、図中ｚ軸方向に比較的強い加速度が生じた場合でも、重錘部３８ａの変位は、第１センサ素子３２と蓋体２２との間隙の範囲に抑制されている。 In thesensor module 10, thelid 22 is arranged so as to cover thebeam portion 38 b side of thefirst sensor element 32, and even when a relatively strong acceleration occurs in the z-axis direction in the drawing, theweight portion 38 a The displacement is suppressed in the range of the gap between thefirst sensor element 32 and thelid body 22.
図２に示す第１センサ素子３２は、例えば酸化膜を介してシリコン層が積層されたいわゆるＳＯＩウエハを、半導体微細加工技術（いわゆるマイクロマシンニング技術）を利用して加工することで作製することができる。例えばＳＯＩの一方の表面のシリコン層を、例えばＳｉディープＲＩＥエッチングによって酸化膜層までエッチングを行い、梁部３８ｂおよび重錘部３８ａの一部（表面層部分）を形成する。続いて、ＳＯＩの他方の表面のＳＯＩ層を、例えば周知のＳｉディープＲＩＥエッチングによって酸化膜層までエッチングを行い、重錘部３８ａを形成する。その後、酸化膜層をエッチング除去して、梁部３８ｂおよび重錘部３８ａをリリースし、可動構造とする。なお、抵抗体素子３９ａ〜３９ｃは、例えば一方のシリコン層に不純物（例えばボロン）をドーピングして、形成することができる。なお、ピエゾ抵抗型半導体素子の構成および作製方法は、上記の形態に限定されない。 Thefirst sensor element 32 shown in FIG. 2 can be manufactured by processing a so-called SOI wafer in which a silicon layer is stacked via an oxide film, for example, using a semiconductor microfabrication technique (so-called micromachining technique). it can. For example, the silicon layer on one surface of the SOI is etched to the oxide film layer by, for example, Si deep RIE etching to form part of thebeam portion 38b and theweight portion 38a (surface layer portion). Subsequently, the SOI layer on the other surface of the SOI is etched to the oxide film layer by, for example, a well-known Si deep RIE etching to form theweight portion 38a. Thereafter, the oxide film layer is removed by etching, and thebeam portion 38b and theweight portion 38a are released to form a movable structure. Theresistor elements 39a to 39c can be formed, for example, by doping one silicon layer with an impurity (for example, boron). Note that the configuration and manufacturing method of the piezoresistive semiconductor element are not limited to those described above.
微細加工技術（マイクロマシンニング技術）を利用して作製された、比較的微小な構造体である第１センサ素子３２は、作製時における重錘部３８ａや梁部３８ｂの加工精度の違い等（すなわち重錘部３８ａや梁部３８ｂの寸法精度の違い等）に起因し、例えば温度特性等の素子特性が、各素子毎に１つ１つ異なっている。また、センサモジュール１０における第１センサ素子３２からの出力値は、例えば第１センサ素子３２の基体１２への実装状態（例えば、設置状態での傾き）等に応じて異なっている。センサモジュール１０では、回路素子４４に例えばＲＯＭ等の図示しないメモリ部が設けられており、このメモリ部に、第１センサ素子３２固有の温度特性補正データや、センサモジュール１０固有の傾き補正データ等が記憶されている。回路素子４４は、第１センサ素子３２のピエゾ抵抗体３９から発せられた変形に応じた電気信号を受け取った後、このメモリ部に記憶された温度特性補正データや傾き補正データ等を用いて、受け取った電気信号に対して必要な補正処理を行い、各センサモジュールに応じた適切な加速度データを出力する。 Thefirst sensor element 32, which is a relatively minute structure manufactured using a micromachining technology (micromachining technology), has a difference in processing accuracy of theweight portion 38a and thebeam portion 38b at the time of manufacture (ie, Due to the difference in dimensional accuracy of theweight portion 38a and thebeam portion 38b, etc., element characteristics such as temperature characteristics are different one by one for each element. Moreover, the output value from the1st sensor element 32 in thesensor module 10 changes with the mounting state (for example, inclination in an installation state) to the base |substrate 12 of the1st sensor element 32 etc., for example. In thesensor module 10, a memory unit (not shown) such as a ROM is provided in thecircuit element 44, for example, temperature characteristic correction data unique to thefirst sensor element 32, inclination correction data unique to thesensor module 10, and the like. Is remembered. Thecircuit element 44 receives an electrical signal corresponding to the deformation emitted from thepiezoresistor 39 of thefirst sensor element 32, and then uses the temperature characteristic correction data and the inclination correction data stored in the memory unit, Necessary correction processing is performed on the received electrical signal, and appropriate acceleration data corresponding to each sensor module is output.
かかる補正データは、例えばセンサモジュールの１つ１つについて個別に検査を行って生成すればよく、生成した補正データはセンサモジュール１０に設けられた補正データ入力パッドから入力すればよい。図３は、センサモジュール１０の構成について説明する概略斜視図である。センサモジュール１０では、基体１２の側面１２Ｃに、補正データ入力パッド５１が設けられている。補正データ入力パッド５１は、ビアホール導体２７や内部配線パターン２５（図３では、一部のみを示す）を介して回路素子４４と接続されている。例えば、補正データ入力パッド２１には、図示しないピン状の外部端子の先端が当接され、この外部端子から出力される補正データが、ビアホール導体２７や内部配線パターン２５を介して回路素子４４のメモリ部に入力される。本実施形態のセンサモジュール１０では、基体１２の側面１２Ｃには、表面が所定の曲率をもつ凹部が形成されており、補正データ入力パッド５１は、この凹部の表面に形成されている。これにより、外部端子の先端を補正データ入力パッド５１に接触させる際の作業性や、外部端子の先端と補正データ入力パッドとの接触状態が比較的良好となり、補正データの入力エラー等の不具合の発生が低減され、製造コストも比較的低くされている。なお、上述のように、回路素子４４は、ビアホール導体２７や内部配線パターン２５を介して外部接続端子２３とも接続されている。センサモジュール１０では、この外部端子２３を介して修正データを入力することで、回路素子４４のメモリ部に記憶された各種補正データを、繰り返し書き換えることが可能となっている。例えば、センサモジュール１０を外部の実装対象体（後述する実装基板６２など）に実装した状態それぞれに応じて、メモリ部に記憶された各種補正データを書き換えることで、複数の実装状態それぞれにおいて、比較的高い精度の出力値を得ることができる。 Such correction data may be generated by individually inspecting each sensor module, for example, and the generated correction data may be input from a correction data input pad provided in thesensor module 10. FIG. 3 is a schematic perspective view illustrating the configuration of thesensor module 10. In thesensor module 10, a correctiondata input pad 51 is provided on theside surface 12 </ b> C of thebase 12. The correctiondata input pad 51 is connected to thecircuit element 44 via the via-hole conductor 27 and the internal wiring pattern 25 (only a part is shown in FIG. 3). For example, the tip of a pin-shaped external terminal (not shown) is brought into contact with the correctiondata input pad 21, and correction data output from the external terminal is transmitted to thecircuit element 44 via the via-hole conductor 27 and theinternal wiring pattern 25. Input to the memory unit. In thesensor module 10 of the present embodiment, a concave portion having a predetermined curvature is formed on theside surface 12C of thebase body 12, and the correctiondata input pad 51 is formed on the surface of the concave portion. As a result, the workability when the tip of the external terminal is brought into contact with the correctiondata input pad 51 and the contact state between the tip of the external terminal and the correction data input pad become relatively good, and there are problems such as correction data input errors. Generation is reduced and manufacturing costs are relatively low. As described above, thecircuit element 44 is also connected to theexternal connection terminal 23 via the via-hole conductor 27 and theinternal wiring pattern 25. In thesensor module 10, by inputting correction data through theexternal terminal 23, various correction data stored in the memory unit of thecircuit element 44 can be rewritten repeatedly. For example, according to each state in which thesensor module 10 is mounted on an external mounting target (such as a mountingsubstrate 62 described later), various correction data stored in the memory unit are rewritten, so that comparison can be made in each of a plurality of mounting states. A highly accurate output value can be obtained.
コンデンサ４６等は、回路素子４２や４４と共同して所定の回路を構成する公知の電子部品である。センサモジュール１０では、これらコンデンサ４６等からなる各種電子部品についても、基体１２の上記反対側の基板面１２Ｂに実装されており、センサモジュール１０は比較的コンパクトに構成されている。 Thecapacitor 46 or the like is a known electronic component that constitutes a predetermined circuit in cooperation with thecircuit elements 42 and 44. In thesensor module 10, various electronic components including thecapacitor 46 and the like are also mounted on thesubstrate surface 12B on the opposite side of thebase body 12, and thesensor module 10 is configured to be relatively compact.
センサモジュール１０では、基体１２の上記反対側の基板面１２Ｂに、第２センサ素子３４がさらに配置されている。センサモジュール１０では、第２センサ素子３４として、例えば公知の温度センサ素子が実装されている。第２センサ素子３４は、基板面１２Ｂの表面に、例えば接着剤等で固定されている。第２センサ素子３４は、回路素子４４と電気的に接続されており、測定した現在の温度情報を回路素子４４へと送る。回路素子４４は、第１センサ素子３２のピエゾ抵抗体３９から発せられた変形に応じた電気信号を受け取った後、第２センサ素子３４から受け取った現在の温度情報と、このメモリ部に記憶された温度特性補正データとに基づいて、受け取った電気信号に対して必要な補正処理を行い、現在の温度に応じた適切な加速度データを出力する。なお、本実施形態では、回路素子４２や４４等とは独立した部材である温度センサ素子（第２センサ素子３４）を基板面１２Ｂに配置しているが、例えば回路素子４２または回路素子４４に、温度センサ部を一体化させて設けてもよい。 In thesensor module 10, asecond sensor element 34 is further arranged on thesubstrate surface 12 </ b> B on the opposite side of thebase 12. In thesensor module 10, for example, a known temperature sensor element is mounted as thesecond sensor element 34. Thesecond sensor element 34 is fixed to the surface of thesubstrate surface 12B with, for example, an adhesive. Thesecond sensor element 34 is electrically connected to thecircuit element 44 and sends the measured current temperature information to thecircuit element 44. Thecircuit element 44 receives an electrical signal corresponding to the deformation emitted from thepiezoresistor 39 of thefirst sensor element 32, and then stores the current temperature information received from thesecond sensor element 34 and the memory unit. Based on the obtained temperature characteristic correction data, necessary correction processing is performed on the received electrical signal, and appropriate acceleration data corresponding to the current temperature is output. In the present embodiment, the temperature sensor element (second sensor element 34), which is a member independent of thecircuit elements 42 and 44, is disposed on thesubstrate surface 12B. The temperature sensor unit may be integrated.
基体１２は、外部の実装対象体（例えば、後述する実装基板６２等）と直接当接する部位であり、外部からの熱の流入および外部への熱の流出による温度変化が比較的大きい。センサモジュール１０では、第１センサ素子３２および第２センサ素子３４が、基体１２の対向する基板面（１２Ａおよび１２Ｂ）にそれぞれ実装されているので、第１センサ素子３２および第２センサ素子３４の温度プロファイルが比較的近くなっている。すなわち、第２センサ素子３４で測定した現在温度が、第１センサ素子３２の現在温度に比較的高い精度で一致する。このため、回路素子４４において、第２センサ素子３４で測定した現在温度に基づいて、第１センサ素子からの電気信号を温度補正すれば、実際の第１センサの温度状態に基づいた比較的正確な温度補正ができる。温度プロファイルが第１センサ素子３２と比較的良好に一致するのは、回路素子４２や回路素子４４に関しても同様であり、回路素子４２や回路素子４４に一体化して温度センサ部が設けられている場合であっても、温度補正によって比較的高い精度の出力値を得ることができる。 Thebase 12 is a part that directly contacts an external mounting target body (for example, a mountingsubstrate 62 described later), and the temperature change due to the inflow of heat from the outside and the outflow of heat to the outside is relatively large. In thesensor module 10, thefirst sensor element 32 and thesecond sensor element 34 are mounted on the opposing substrate surfaces (12 </ b> A and 12 </ b> B) of thebase 12, respectively. The temperature profile is relatively close. That is, the current temperature measured by thesecond sensor element 34 matches the current temperature of thefirst sensor element 32 with relatively high accuracy. Therefore, in thecircuit element 44, if the temperature of the electrical signal from the first sensor element is corrected based on the current temperature measured by thesecond sensor element 34, thecircuit element 44 is relatively accurate based on the actual temperature state of the first sensor. Temperature correction. The temperature profile matches relatively well with thefirst sensor element 32 as well with respect to thecircuit element 42 and thecircuit element 44, and the temperature sensor unit is provided integrally with thecircuit element 42 and thecircuit element 44. Even in this case, an output value with relatively high accuracy can be obtained by temperature correction.
基体１２の上記反対側の基板面１２Ｂに配置された、第２センサ素子３４、回路素子４２、４４、およびコンデンサ４６等からなる電子回路部品４１等は、例えば樹脂材料からなる封止樹脂層４８によって被覆されている。封止樹脂層４８は、例えばエポキシ系樹脂等からなり、基板面１２Ｂに配置された各部品を保護する。この封止樹脂層４８は、第２センサ素子３４や電子回路部品４１等の上面を覆うように、周知のスクリーン印刷法等により例えばエポキシ樹脂を塗布した後、例えば１８０℃、６０分の加熱により硬化して形成される。センサモジュール１０が、例えばタイヤ等の高温・高湿・高衝撃環境内に実装された場合においても、封止樹脂層４８が、水分、湿度、機械的衝撃等から各部品を保護し、センサモジュール１０の信頼性は比較的高く維持される。 An electronic circuit component 41 including thesecond sensor element 34, thecircuit elements 42 and 44, thecapacitor 46, and the like disposed on thesubstrate surface 12B on the opposite side of thebase 12 is, for example, a sealingresin layer 48 made of a resin material. It is covered by. The sealingresin layer 48 is made of, for example, an epoxy resin and protects each component arranged on thesubstrate surface 12B. The sealingresin layer 48 is coated with, for example, an epoxy resin by a known screen printing method or the like so as to cover the upper surface of thesecond sensor element 34, the electronic circuit component 41, etc., and then heated, for example, at 180 ° C. for 60 minutes. It is formed by curing. Even when thesensor module 10 is mounted in a high-temperature, high-humidity, high-impact environment such as a tire, the sealingresin layer 48 protects each component from moisture, humidity, mechanical shock, etc. The reliability of 10 is kept relatively high.
センサモジュール１０では、上記反対側の基板面１２Ｂに封止樹脂層４８を設けつつ、第１センサ素子３２は封止樹脂層４８が設けられている側と対向する基板面（載置面１２Ａ）に配置されている。さらに、この第１センサ素子３２は、基体１２および蓋体２２とで閉塞されたキャビティ１１内に収容されている。すなわち、封止樹脂層４８と第１センサ素子３２とは、基体１２を隔てて離間しており、さらには、第１センサ素子３２はキャビティ１１内に収容されている。上記封止樹脂層４８は、対衝撃性等に優れているが、例えば高温・高湿環境においては、アウトガスが発生する可能性がある。センサモジュール１０では、封止樹脂層４８からアウトガスが発生したとしても、第１センサ素子３２や各回路素子４２、４４等へのアウトガス成分の付着を、比較的低く抑えておくことができる。このため、センサモジュール１０を、例えば高温・高湿・高衝撃環境下に配置したとしても、第１センサ素子３２や回路素子４２、４４等は、比較的高い信頼性で動作し続けることができる。 In thesensor module 10, while providing the sealingresin layer 48 on theopposite substrate surface 12B, thefirst sensor element 32 is the substrate surface (mountingsurface 12A) facing the side where the sealingresin layer 48 is provided. Is arranged. Further, thefirst sensor element 32 is accommodated in thecavity 11 closed by thebase body 12 and thelid body 22. That is, the sealingresin layer 48 and thefirst sensor element 32 are separated from each other with the base 12 interposed therebetween, and further, thefirst sensor element 32 is accommodated in thecavity 11. The sealingresin layer 48 is excellent in impact resistance and the like, but outgas may occur in a high temperature / high humidity environment, for example. In thesensor module 10, even if outgas is generated from the sealingresin layer 48, adhesion of the outgas component to thefirst sensor element 32, thecircuit elements 42 and 44, etc. can be kept relatively low. For this reason, even if thesensor module 10 is disposed in, for example, a high temperature / high humidity / high impact environment, thefirst sensor element 32, thecircuit elements 42, 44, and the like can continue to operate with relatively high reliability. .
本願発明の第１の態様であるセンサモジュール１０では、キャビティ１１の内側に第１センサ素子３２が配置され、基体１２の表面である載置面１２Ａに固定電極２４が配置されている。ダイアフラム式圧力センサ１３において、圧力の測定精度、すなわち静電容量の測定精度をより高めるには、蓋体２２と固定電極２４との間隙を小さくするか、蓋体２２と固定電極２４との対向面積を大きくする必要がある。図１に示す実施形態１−１のセンサモジュール１０では、キャビティ１１における載置面１２Ａの面積を比較的大きくし、かつ、第１センサ素子３２の大きさを比較的小さくすることで、蓋体２２と固定電極２４との対向面積を比較的大きくすることができる。実施形態１−１のセンサモジュールでは、キャビティ１１内に第１センサ素子３２を収容して、比較的コンパクトな構成のセンサモジュールを構成するとともに、比較的高い精度で圧力を測定することができる。 In thesensor module 10 according to the first aspect of the present invention, thefirst sensor element 32 is disposed inside thecavity 11, and the fixedelectrode 24 is disposed on the mountingsurface 12 </ b> A that is the surface of thebase 12. In the diaphragm type pressure sensor 13, in order to further increase the pressure measurement accuracy, that is, the capacitance measurement accuracy, the gap between thelid body 22 and the fixedelectrode 24 is reduced, or thelid body 22 and the fixedelectrode 24 are opposed to each other. It is necessary to increase the area. In thesensor module 10 of Embodiment 1-1 shown in FIG. 1, the area of the mountingsurface 12 </ b> A in thecavity 11 is made relatively large, and the size of thefirst sensor element 32 is made relatively small, so that the lid body The opposing area of 22 and the fixedelectrode 24 can be made relatively large. In the sensor module of Embodiment 1-1, thefirst sensor element 32 is accommodated in thecavity 11 to form a relatively compact sensor module, and the pressure can be measured with relatively high accuracy.
図４は、本発明のセンサモジュールの第１の態様のうち、実施形態１−１とは異なる実施形態（実施形態１−２）のセンサモジュール２０について説明する概略断面図である。以下、図４に示す実施形態１−２のセンサモジュール２０について説明するが、実施形態１−１のセンサモジュール１０と同様の構成については詳細な説明を省略する。なお、図４および以下のセンサモジュール２０の説明において、センサモジュール１０と同様の構成については、センサモジュール１０と同じ符号を用いている。図４に示すセンサモジュール２０では、キャビティ１１の内部において、第１センサ素子３２を囲むように、基体１２の載置面１２Ａから突出してなる第２の段差部１４ｂが形成されている。この段差部１４ｂは、蓋体２２の周縁部が接合される段差部１４ａと、キャビティ１１内に収容された第１センサ素子３２の高さ位置Ｈとの間隙に位置している。実施形態１−２のセンサモジュール２０では、この第２の段差部１４ｂに固定電極２４が配置されている。すなわち、実施形態１−２のセンサモジュール２０では、基板１２の載置面１２Ａおよび第１センサ素子３２の高さ位置Ｈの双方に対して、蓋体２２により近い位置に固定電極２４を配置している。これにより、蓋体２２と固定電極２４との間隙を比較的小さくし、ダイアフラム式圧力センサ１３における静電容量の大きさを比較的大きくしている。なお、段差部１４ｂすなわち固定電極２４を、第１センサ素子３２の高さ位置Ｈよりも、載置面１２Ａにより近い位置に配置しても構わない。ただし、ダイアフラム式圧力センサ１３における静電容量の大きさを比較的大きくするには、第１センサ素子３２の高さ位置Ｈの双方に対して、蓋体２２により近い位置に固定電極２４を配置することが好ましい。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating asensor module 20 of an embodiment (Embodiment 1-2) different from Embodiment 1-1 in the first aspect of the sensor module of the present invention. Hereinafter, although thesensor module 20 of Embodiment 1-2 shown in FIG. 4 is demonstrated, detailed description is abbreviate | omitted about the structure similar to thesensor module 10 of Embodiment 1-1. In FIG. 4 and the following description of thesensor module 20, the same reference numerals as those of thesensor module 10 are used for the same configuration as thesensor module 10. In thesensor module 20 shown in FIG. 4, asecond step portion 14 b that protrudes from the mountingsurface 12 </ b> A of thebase 12 is formed inside thecavity 11 so as to surround thefirst sensor element 32. Thestep portion 14 b is located in a gap between thestep portion 14 a to which the peripheral edge portion of thelid body 22 is joined and the height position H of thefirst sensor element 32 accommodated in thecavity 11. In thesensor module 20 of the embodiment 1-2, the fixedelectrode 24 is disposed on thesecond step portion 14b. That is, in thesensor module 20 of Embodiment 1-2, the fixedelectrode 24 is disposed at a position closer to thelid body 22 with respect to both theplacement surface 12A of thesubstrate 12 and the height position H of thefirst sensor element 32. ing. As a result, the gap between thelid 22 and the fixedelectrode 24 is made relatively small, and the capacitance of the diaphragm pressure sensor 13 is made relatively large. Note that the steppedportion 14b, that is, the fixedelectrode 24, may be disposed at a position closer to theplacement surface 12A than the height position H of thefirst sensor element 32. However, in order to relatively increase the capacitance of the diaphragm pressure sensor 13, the fixedelectrode 24 is disposed at a position closer to thelid body 22 with respect to both the height position H of thefirst sensor element 32. It is preferable to do.
なお、図４に示すセンサモジュール２０では、第１センサ素子３２のピエゾ抵抗体３９（図４において図示せず）が、第１センサ素子３２の枠状体３６に設けられたビアホール導体３７を介して、枠状体３６の表面に設けられた電極パッド３９と電気的に接続されている。センサモジュール２０では、この電極パッド３９が基体１２表面の電極パッド２１にフリップチップ実装されて、第１センサ素子３２が載置面１２Ａに実装されている。なお、実施形態１−１に示すセンサモジュール１０においても、第１センサ素子３２の枠状体３６にビアホール導体を設け、このビアホール導体を介して、枠状体３６の表面に設けられた電極パッド３９と電極パッド２１とが電気的に接続されるようにしてもよい。また逆に、実施形態１−２において、ワイヤボンディングで形成された導線を介して、基体１２の電極パッド２１とピエゾ抵抗体３９とが電気的に接続されていてもよい。この点は、後述する各実施態様および各実施形態において同様である。第１の加速度センサの実装形態、および電極パッドとの接続形態は、特に限定されない。 In thesensor module 20 shown in FIG. 4, the piezoresistor 39 (not shown in FIG. 4) of thefirst sensor element 32 is interposed via a via-hole conductor 37 provided in the frame-like body 36 of thefirst sensor element 32. Theelectrode pad 39 provided on the surface of the frame-like body 36 is electrically connected. In thesensor module 20, theelectrode pad 39 is flip-chip mounted on theelectrode pad 21 on the surface of thebase 12, and thefirst sensor element 32 is mounted on theplacement surface 12A. In thesensor module 10 shown in Embodiment 1-1 as well, via hole conductors are provided in theframe body 36 of thefirst sensor element 32, and electrode pads provided on the surface of theframe body 36 via the via hole conductors. 39 and theelectrode pad 21 may be electrically connected. Conversely, in Embodiment 1-2, theelectrode pad 21 of thesubstrate 12 and thepiezoresistor 39 may be electrically connected via a conductive wire formed by wire bonding. This point is the same in each embodiment and each embodiment described later. The mounting form of the first acceleration sensor and the connection form with the electrode pads are not particularly limited.
図５は、本発明のセンサモジュールの第２の態様の一実施形態（実施形態２−１）について説明する概略断面図である。本発明の第２の実施態様では、キャビティ１１内に配置された第１センサ素子の枠状体（固定部）の表面に、固定電極が設けられている。以下、図５に示す実施形態２−１のセンサモジュール３０について説明するが、実施形態１−１のセンサモジュール１０と同様の構成については詳細な説明を省略する。なお、図５および以下のセンサモジュール３０の説明においても、センサモジュール１０と同様の構成については、センサモジュール１０と同じ符号を用いている。図５に示すセンサモジュール３０では、キャビティ１１内部に収容された第１センサ素子３２の、固定部である枠状体３６の表面に固定電極２４が配置されている。第１センサ素子３２は、キャビティ１１の内部の載置面１２Ａに配置されており、第１センサ素子３２の表面の高さ位置Ｈ２は、基体１２の載置面１２Ａよりも蓋体２２に近い位置にある。第１センサ素子３２の表面に固定電極２４を設けることで、固定電極２４と蓋体２２との離間距離を、比較的小さくしておくことができる。これにより、固定電極２４と蓋体２２とで構成されるダイアフラム式圧力センサ１３の静電容量を比較的大きくし、圧力の測定精度を比較的高くすることができる。本実施形態２−１では、例えば第１センサ素子３２が、キャビティ１１内で比較的大きな体積を占める場合でも、比較的高い圧力の測定精度を得ることができる。 FIG. 5: is a schematic sectional drawing explaining one Embodiment (Embodiment 2-1) of the 2nd aspect of the sensor module of this invention. In the second embodiment of the present invention, a fixed electrode is provided on the surface of the frame (fixed portion) of the first sensor element disposed in thecavity 11. Hereinafter, although thesensor module 30 of Embodiment 2-1 shown in FIG. 5 is demonstrated, detailed description is abbreviate | omitted about the structure similar to thesensor module 10 of Embodiment 1-1. 5 and the following description of thesensor module 30, the same reference numerals as those of thesensor module 10 are used for the same configuration as thesensor module 10. In thesensor module 30 shown in FIG. 5, the fixedelectrode 24 is disposed on the surface of the frame-like body 36 that is a fixing portion of thefirst sensor element 32 housed in thecavity 11. Thefirst sensor element 32 is disposed on theplacement surface 12A inside thecavity 11, and the height position H2 of the surface of thefirst sensor element 32 is closer to thelid body 22 than theplacement surface 12A of thebase body 12. In position. By providing the fixedelectrode 24 on the surface of thefirst sensor element 32, the separation distance between the fixedelectrode 24 and thelid 22 can be made relatively small. Thereby, the electrostatic capacitance of the diaphragm type pressure sensor 13 comprised by the fixedelectrode 24 and thecover body 22 can be made comparatively large, and the measurement precision of a pressure can be made comparatively high. In the present embodiment 2-1, for example, even when thefirst sensor element 32 occupies a relatively large volume in thecavity 11, it is possible to obtain a relatively high pressure measurement accuracy.
また、図６は、本発明のセンサモジュールの第２の態様の他の実施形態（実施形態２−２）について説明する概略断面図である。以下、図６に示す実施形態２−２のセンサモジュール４０について説明するが、実施形態１−１のセンサモジュール１０と同様の構成については詳細な説明を省略する。なお、図６および以下のセンサモジュール４０の説明においても、センサモジュール１０と同様の構成については、センサモジュール１０と同じ符号を用いている。図６に示すセンサモジュール４０も、キャビティ１１内部に収容された第１センサ素子３２の、固定部である枠状体３６の表面に固定電極２４が配置されている。図６に示すセンサモジュール４０では、第１センサ素子３２の、梁部３８ｂおよび抵抗素子３９ａ〜３９ｃ、および電極パッド３５が設けられている側が、基体１２の載置面１２Ａと対向している。センサモジュール４０では、基体１２の電極パッド２１と第１センサ素子３２の電極パッド３５とが、例えばハンダを用いたフリップチップ実装によって接続されている。なお、センサモジュール４０では、フリップチップ実装に加えて、接着剤３３も用いて第１センサ素子３２と基体１２の載置面１２Ａとを接合しており、第１センサ素子３２は比較的高い接合強度で、基体１２に接合されている。センサモジュール４０では、固定部である枠状部３６の、抵抗素子３９ａ〜３９ｃや電極パッド３５が設けられている側と反対の側（下面側）に、固定電極２４が設けられている。この下面側には、抵抗素子３９や図示しない配線パターン、また電極パッド３５などが、いずれも配置されておらず、固定電極２４を比較的広い面積で配置しておくことができる。センサモジュール４０では、また、抵抗素子３９と基体１２の電極パッド２１との距離が比較的短いので、信号の伝送中に生じるノイズの原因となる余分な容量成分を比較的小さくすることもでき、第１センサ素子３２の抵抗素子３９ａ〜３９ｃから出力された電気信号に生じるノイズを比較的低減し、回路素子４４によって比較的高精度に取得することができる。本実施形態２−２では、圧力の測定精度が比較的高く、また、加速度の測定精度も比較的高い。 FIG. 6 is a schematic sectional view for explaining another embodiment (Embodiment 2-2) of the second aspect of the sensor module of the present invention. Hereinafter, although thesensor module 40 of Embodiment 2-2 shown in FIG. 6 is demonstrated, detailed description is abbreviate | omitted about the structure similar to thesensor module 10 of Embodiment 1-1. 6 and the following description of thesensor module 40, the same reference numerals as those of thesensor module 10 are used for the same configuration as thesensor module 10. Also in thesensor module 40 shown in FIG. 6, the fixedelectrode 24 is disposed on the surface of the frame-like body 36 that is a fixed portion of thefirst sensor element 32 housed in thecavity 11. In thesensor module 40 shown in FIG. 6, the side of thefirst sensor element 32 on which thebeam portion 38 b, theresistance elements 39 a to 39 c, and theelectrode pad 35 are provided faces the mountingsurface 12 </ b> A of thebase 12. In thesensor module 40, theelectrode pad 21 of thebase 12 and theelectrode pad 35 of thefirst sensor element 32 are connected by, for example, flip chip mounting using solder. In thesensor module 40, in addition to the flip chip mounting, thefirst sensor element 32 and the mountingsurface 12A of the base 12 are bonded using the adhesive 33, and thefirst sensor element 32 is bonded relatively high. In strength, it is bonded to thesubstrate 12. In thesensor module 40, the fixedelectrode 24 is provided on the side (the lower surface side) opposite to the side where theresistance elements 39 a to 39 c and theelectrode pad 35 are provided of the frame-like part 36 that is a fixed part. On the lower surface side, neither theresistance element 39, the wiring pattern (not shown), theelectrode pad 35, or the like is arranged, and the fixedelectrode 24 can be arranged in a relatively wide area. In thesensor module 40, since the distance between theresistance element 39 and theelectrode pad 21 of thebase 12 is relatively short, an extra capacitance component that causes noise during signal transmission can be made relatively small. Noise generated in the electrical signals output from theresistance elements 39 a to 39 c of thefirst sensor element 32 can be relatively reduced, and can be acquired by thecircuit element 44 with relatively high accuracy. In the present embodiment 2-2, the pressure measurement accuracy is relatively high, and the acceleration measurement accuracy is also relatively high.
また、図７は、本発明のセンサモジュールの第３の態様の一実施形態（実施形態３−１）について説明する概略断面図である。本発明の第３の実施態様では、キャビティ内の基体載置面の表面と、キャビティ内に配置された第１センサ素子の枠状体（固定部）の表面と、の双方に固定電極が設けられている。以下、図７に示す実施形態３−１のセンサモジュール５０について説明するが、実施形態１−１のセンサモジュール１０と同様の構成については詳細な説明を省略する。なお、図７および以下のセンサモジュール５０の説明においても、センサモジュール１０と同様の構成については、センサモジュール１０と同じ符号を用いている。実施形態３−１のセンサモジュール５０では、基体１２の表面である載置面１２Ａに第１の固定電極２４ａが配置されるとともに、第１センサ素子３２の枠状体３６の表面に第２の固定電極２４ｂが配置されている。実施形態３−１では、ダイアフラム式圧力センサ１３の静電容量は、第１の固定電極２４ａと蓋体２２とで構成された第１の容量部と、第２の固定電極２４ｂと蓋体２２とで構成された第２の容量部とが合成された大きさになる。実施形態３−１では、ダイアフラム式圧力センサ１３の静電容量の大きさは、実施形態１−１および実施形態２−１のいずれよりも大きくすることができる。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment (Embodiment 3-1) of the third aspect of the sensor module of the present invention. In the third embodiment of the present invention, fixed electrodes are provided on both the surface of the substrate mounting surface in the cavity and the surface of the frame (fixed part) of the first sensor element disposed in the cavity. It has been. Hereinafter, although thesensor module 50 of Embodiment 3-1 shown in FIG. 7 is demonstrated, detailed description is abbreviate | omitted about the structure similar to thesensor module 10 of Embodiment 1-1. 7 and the following description of thesensor module 50, the same reference numerals as those of thesensor module 10 are used for the same configuration as thesensor module 10. In thesensor module 50 of Embodiment 3-1, the firstfixed electrode 24a is disposed on the mountingsurface 12A, which is the surface of thebase body 12, and the second sensor electrode 32a is disposed on the surface of theframe body 36 of thefirst sensor element 32.Fixed electrode 24b is arranged. In the embodiment 3-1, the electrostatic capacity of the diaphragm pressure sensor 13 includes the first capacitance unit composed of the firstfixed electrode 24a and thelid body 22, the secondfixed electrode 24b, and thelid body 22. And the second capacity portion composed of In Embodiment 3-1, the magnitude | size of the electrostatic capacitance of the diaphragm type pressure sensor 13 can be made larger than both of Embodiment 1-1 and Embodiment 2-1.
また、図８は、本発明のセンサモジュールの第３の態様のうち、実施形態３−１とは異なる実施形態（実施形態３−２）について説明する概略断面図である。以下、図８に示す実施形態３−２のセンサモジュール６０について説明するが、実施形態１−２のセンサモジュール２０と同様の構成については詳細な説明を省略する。なお、図８および以下のセンサモジュール６０の説明において、センサモジュール２０と同様の構成については、センサモジュール２０と同じ符号を用いている。図８に示すセンサモジュール６０では、キャビティ１１の内部において、第１センサ素子３２を囲むように、基体１２の載置面１２Ａから突出してなる第２の段差部１４ｂが形成されている。実施形態３−２のセンサモジュール６０では、この第２の段差部１４ｂに第１の固定電極２４ａが配置されるとともに、第１センサ素子３２の枠状体３６の表面に第２の固定電極２４ｂが配置されている。実施形態３−２でも、実施形態３−１と同様に、ダイアフラム式圧力センサ１３の静電容量は、第１の固定電極２４ａと蓋体２２とで構成された第１の容量部と、第２の固定電極２４ｂと蓋体２２とで構成された第２の容量部とが合成された大きさになる。実施形態３−２では、ダイアフラム式圧力センサ１３の静電容量の大きさを、実施形態１−２および実施形態２−１のいずれよりも大きくすることができる。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment (Embodiment 3-2) different from Embodiment 3-1 in the third aspect of the sensor module of the present invention. Hereinafter, although thesensor module 60 of Embodiment 3-2 shown in FIG. 8 is demonstrated, detailed description is abbreviate | omitted about the structure similar to thesensor module 20 of Embodiment 1-2. 8 and the following description of thesensor module 60, the same reference numerals as those of thesensor module 20 are used for the same configuration as thesensor module 20. In thesensor module 60 shown in FIG. 8, asecond step portion 14 b that protrudes from the mountingsurface 12 </ b> A of thebase 12 is formed inside thecavity 11 so as to surround thefirst sensor element 32. In thesensor module 60 of Embodiment 3-2, the firstfixed electrode 24a is disposed on the second steppedportion 14b, and the secondfixed electrode 24b is formed on the surface of the frame-shapedbody 36 of thefirst sensor element 32. Is arranged. Also in the embodiment 3-2, as in the embodiment 3-1, the electrostatic capacitance of the diaphragm type pressure sensor 13 is the same as that of the first capacitor portion composed of the firstfixed electrode 24a and thelid body 22; The size of thesecond capacitor 24 composed of the two fixedelectrodes 24b and thelid 22 is combined. In the embodiment 3-2, the magnitude of the electrostatic capacity of the diaphragm pressure sensor 13 can be made larger than that of any of the embodiments 1-2 and 2-1.
また、図９（ａ）は、本発明のセンサモジュールの第４の態様の一実施形態（実施形態４−１）について説明する概略断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）で示す断面と直交する断面図である。本発明の第４の実施態様では、固定電極２４が、蓋体２２とセンサ素子３２との間に蓋体２２に対向した状態で配置された固定部材１５における、蓋体２２の導電性を有する領域２２ａと対向する領域１５ａに配置されている。以下、図９（ａ）および（ｂ）に示す実施形態４−１のセンサモジュール９０について説明するが、実施形態１−１のセンサモジュール１０と同様の構成については同じ符号を用いて詳細な説明を省略する。センサモジュール９０によれば、ダイアフラム式圧力センサ１３の静電容量を得るための面積を、第１センサ素子３２とは別に配置されている固定部材内１５に形成された固定電極２４で十分に確保することができるとともに、固定電極２４の位置をキャビティ１１内で一定に保つことができるので、正確な圧力を高い感度で検出することが可能なダイアフラム圧力センサ１３を含む数種類のセンサ部を有したセンサモジュール９０とすることができる。 Moreover, Fig.9 (a) is a schematic sectional drawing explaining one Embodiment (Embodiment 4-1) of the 4th aspect of the sensor module of this invention, FIG.9 (b) is FIG.9 (a). It is sectional drawing orthogonal to the cross section shown. In the fourth embodiment of the present invention, the fixedelectrode 24 has the conductivity of thelid 22 in the fixingmember 15 that is disposed between thelid 22 and thesensor element 32 so as to face thelid 22. It arrange | positions in the area |region 15a facing the area | region 22a. Hereinafter, thesensor module 90 of the embodiment 4-1 shown in FIGS. 9A and 9B will be described. The same reference numerals are used for the same configurations as thesensor module 10 of the embodiment 1-1, and detailed description will be given. Is omitted. According to thesensor module 90, the area for obtaining the capacitance of the diaphragm pressure sensor 13 is sufficiently secured by the fixedelectrode 24 formed in the fixedmember 15 arranged separately from thefirst sensor element 32. In addition, since the position of the fixedelectrode 24 can be kept constant in thecavity 11, several types of sensor units including the diaphragm pressure sensor 13 capable of detecting an accurate pressure with high sensitivity are provided. Thesensor module 90 can be used.
センサモジュール９０において、固定部材１５は、例えば、基体１２を構成するセラミック材料が板状に形成されたものである。センサモジュール９０における固定電極２４は、例えば、基体１２の内部および表面に形成された金属粉末メタライズと同様に固定部材１５の表面に形成されたものである。 In thesensor module 90, the fixingmember 15 is formed, for example, from a ceramic material that forms the base 12 in a plate shape. The fixedelectrode 24 in thesensor module 90 is formed on the surface of the fixedmember 15 in the same manner as the metal powder metallization formed inside and on the surface of thebase 12, for example.
そして、第１センサ素子３２は、実施形態１−１のセンサモジュール１０と同様に、収容空間内に固定された固定部３６とこの固定部３６に支持された可動部３８とを有しており、センサモジュール９０においては、固定部材１５が、第１センサ素子３２の可動部３８に可動範囲の限界位置で対向している。具体的には、固定部材１５の第１センサ素子３２側に突起部１５ａが設けられており、この突起部１５ａの先端部が、第１センサ素子３２の可動部３８が梁部３８ｂの変形可能な範囲の限界位置に配置されている。センサモジュール９０によれば、第１センサ素子３２において可動部３８が可動範囲の限界を超えた変形をしなくなり、第１センサ素子３２が破損しにくくなるので、故障の発生を低減することができる。 And the1st sensor element 32 has the fixedpart 36 fixed in the accommodation space, and themovable part 38 supported by this fixedpart 36 similarly to thesensor module 10 of Embodiment 1-1. In thesensor module 90, the fixedmember 15 faces themovable portion 38 of thefirst sensor element 32 at the limit position of the movable range. Specifically, aprotrusion 15a is provided on thefirst sensor element 32 side of the fixedmember 15, and the tip of theprotrusion 15a is deformable so that themovable part 38 of thefirst sensor element 32 can be deformed to thebeam 38b. It is arranged at the limit position of the range. According to thesensor module 90, themovable portion 38 of thefirst sensor element 32 is not deformed beyond the limit of the movable range, and thefirst sensor element 32 is not easily damaged, so that the occurrence of failure can be reduced. .
また、固定電極２４が、固定部材１５のうち蓋体２２と対向する側に配置されていることから、蓋体２２と固定電極２４との間の距離を小さくすることが可能となり、ダイアフラム圧力センサ１３として得られる静電容量を大きくすることができるので、圧力をより高い感度で検出することが可能となる。 In addition, since the fixedelectrode 24 is disposed on the side of the fixingmember 15 facing thelid 22, the distance between thelid 22 and the fixedelectrode 24 can be reduced, and the diaphragm pressure sensor Since the capacitance obtained as 13 can be increased, the pressure can be detected with higher sensitivity.
さらに、第１センサ素子３２が、収容空間であるキャビティ１１内に固定された固定部３６とこの固定部３６に支持され蓋体２２側にセンサパターンを有した可動部３８とを含むものであり、固定部材１５が、可動部３８に可動範囲の限界位置で対向しており、固定部材１５が絶縁性の基材の蓋体２２と対向する側に導電性を有する領域として固定電極２４を有していることから、第１センサ素子３２が変形して可動体３８が固定部材１５に接触したとしても、第１センサ素子３２に形成されているピエゾ抵抗型半導体素子が固定電極１５に接触することはなく、センサ部同士の電気信号の短絡が発生しにくいので、それぞれの物理量の検出が安定しているセンサモジュール９０とすることができる。 Further, thefirst sensor element 32 includes a fixedportion 36 fixed in thecavity 11 that is an accommodation space, and amovable portion 38 that is supported by the fixedportion 36 and has a sensor pattern on thelid 22 side. The fixedmember 15 faces themovable portion 38 at the limit position of the movable range, and the fixedmember 15 has a fixedelectrode 24 as a conductive region on the side facing thelid 22 of the insulating base material. Therefore, even if thefirst sensor element 32 is deformed and themovable body 38 contacts the fixedmember 15, the piezoresistive semiconductor element formed in thefirst sensor element 32 contacts the fixedelectrode 15. In other words, short-circuiting of electrical signals between the sensor units is unlikely to occur, so that thesensor module 90 in which detection of each physical quantity is stable can be obtained.
また、図９（ｂ）に示すように、固定部材１５の両端が、第１センサ素子３２を挟んだ位置の両側でキャビティ１１の開口部をまたぐように固定されていることから、第１センサ素子３２、固定部材１５および蓋体２２が小さな空間内で重なる無駄のない構造とすることができるので、小型化を図ることが容易なセンサモジュール９０とすることができる。 Further, as shown in FIG. 9B, both ends of the fixingmember 15 are fixed so as to straddle the opening of thecavity 11 on both sides of the position where thefirst sensor element 32 is sandwiched. Since theelement 32, the fixingmember 15, and thelid body 22 can be structured without waste in a small space, thesensor module 90 can be easily reduced in size.
加えて、図９（ａ）に示すように、第１センサ素子３２が、蓋体２２と対向する側で固定部材１５の外側に電極パッド３５を有し、この電極パッド３５が、収容空間であるキャビティ１１に対して第１センサ素子３２の周囲で固定部材１５の外側に配置された接続パッド２１に導線１７を介して接続されていることから、導線１７を用いる場合に、第１センサ素子３２と蓋体２２とが対向する方向において導線１７と固定部材１５とが重ならないので、第１センサ素子３２と蓋体２２との間の距離を理想的に短くすることができる。 In addition, as shown in FIG. 9A, thefirst sensor element 32 has anelectrode pad 35 on the outer side of the fixingmember 15 on the side facing thelid 22, and thiselectrode pad 35 is in the accommodation space. Since thelead wire 17 is connected to theconnection pad 21 disposed outside the fixingmember 15 around thefirst sensor element 32 with respect to acertain cavity 11, the first sensor element is used when thelead wire 17 is used. Since theconducting wire 17 and the fixingmember 15 do not overlap in the direction in which thecover 32 and thecover 22 face each other, the distance between thefirst sensor element 32 and thecover 22 can be shortened ideally.
なお、固定部材１５として、突起部１５ａを除く部分に蓋体２２と同様に金属の板材を用い、突起部１５ａを除く固定部材１５全体を固定電極２４として利用することもできる。 Note that, as the fixingmember 15, a metal plate material may be used for the portion excluding the protrudingportion 15 a as in the case of thelid body 22, and the entire fixingmember 15 excluding the protrudingportion 15 a may be used as the fixedelectrode 24.
また、図１０は、本発明のセンサモジュールの第４の態様のうち、実施形態４−１とは異なる実施形態（実施形態４−２）について説明する概略断面図である。以下、図１０に示す実施形態４−２のセンサモジュール１００について説明するが、実施形態４−１のセンサモジュール９０と同様の構成については同じ符号を用いて詳細な説明を省略する。センサモジュール１００によれば、固定部材１５が、蓋体２２により封止された第１センサ素子３２の収容空間を、第１センサ素子３２側の第１の空間１１ａと蓋体２２側の第２の空間１１ｂとに分けており、それぞれの空間１１ａ・１１ｂが密閉されている。 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment (Embodiment 4-2) different from Embodiment 4-1 in the fourth aspect of the sensor module of the present invention. Hereinafter, although thesensor module 100 of Embodiment 4-2 shown in FIG. 10 is demonstrated, about the structure similar to thesensor module 90 of Embodiment 4-1, the detailed description is abbreviate | omitted using the same code | symbol. According to thesensor module 100, the fixingmember 15 uses the housing space for thefirst sensor element 32 sealed by thelid body 22 as the first space 11 a on thefirst sensor element 32 side and the second space on thelid body 22 side. And the respective spaces 11a and 11b are hermetically sealed.
センサモジュール１００において、第１センサ素子３２が配置されて、固定部材１５によって密閉されている第１の空間１１ａは、例えばヘリウムやアルゴン等の不活性な気体を用いて充満されていることが好ましく、第１の空間１１ａ内は大気圧にほぼ等しい気圧とされている。第１の空間１１ａをこのような不活性な雰囲気とすると、第１センサ素子３２に酸化または還元といった変化が起こりにくくなるため、第１センサ素子３２の特性が変化しにくいものになる。また、固定部材１５および蓋体２２に挟まれて密閉されている第２の空間１１ｂは、第１の空間１１ａよりも気圧が低く設定されており、センサモジュール１００の外部の圧力により蓋体２２をその変化に応じて変形させるとともに蓋体２２が変形したときの固定部材１５の変形を少なくすることによって、圧力測定の感度を高めている。 In thesensor module 100, the first space 11a in which thefirst sensor element 32 is disposed and sealed by the fixingmember 15 is preferably filled with an inert gas such as helium or argon. In the first space 11a, the atmospheric pressure is almost equal to the atmospheric pressure. When the first space 11a has such an inert atmosphere, changes such as oxidation or reduction are unlikely to occur in thefirst sensor element 32, and the characteristics of thefirst sensor element 32 are difficult to change. The second space 11 b that is sealed between the fixingmember 15 and thelid body 22 is set to have a lower atmospheric pressure than the first space 11 a, and thelid body 22 is caused by the pressure outside thesensor module 100. The pressure measurement sensitivity is increased by reducing the deformation of the fixingmember 15 when thelid body 22 is deformed and deforming in accordance with the change.
また、第１の空間１１ａの気圧と第２の空間１１ｂの気圧との差を大きくすると、センサモジュール１００の外部の圧力が変化した際に第１の空間１１ａに及ぶ外部の圧力の影響が小さくなるので、固定部材１５の材料によらずに固定部材１５の変形を小さくすることができることから、センサモジュール１００の外部の圧力をより正確に計測することができる。 Further, when the difference between the air pressure in the first space 11a and the air pressure in the second space 11b is increased, the influence of the external pressure on the first space 11a is reduced when the pressure outside thesensor module 100 is changed. Therefore, since the deformation of the fixingmember 15 can be reduced regardless of the material of the fixingmember 15, the pressure outside thesensor module 100 can be measured more accurately.
なお、固定部材１５は、変形に対する剛性が蓋体２２よりも高いものを用いることが望ましく、例えば、固定部材１５および蓋体２２の材料が同じである場合には、固定部材１５の厚みを蓋体２２の厚みよりも厚く、例えば１．５倍以上にすることが望ましい。 In addition, it is desirable to use the fixingmember 15 having a higher rigidity against deformation than thelid body 22. For example, when the materials of the fixingmember 15 and thelid body 22 are the same, the thickness of the fixingmember 15 is set to the lid. It is desirable to make it thicker than the thickness of thebody 22, for example 1.5 times or more.
また、第２の空間１１ｂが真空に近くなるように設定したときには、温度の変化によって生じる第２の空間１１ｂ内の気体の体積の変化が小さくなり、第２の空間１１ｂ内の気圧の変化が小さくなるので、センサモジュール１００の外部の圧力をより正確に計測することができる。 Further, when the second space 11b is set to be close to a vacuum, the change in the volume of the gas in the second space 11b caused by the temperature change becomes small, and the change in the atmospheric pressure in the second space 11b occurs. Therefore, the pressure outside thesensor module 100 can be measured more accurately.
なお、特に、第２の空間１１ｂの気圧を１０４Ｐａ以下の真空度に設定したときには、センサモジュール１００を絶対圧センサとして利用することができる。In particular, when the atmospheric pressure in the second space 11b is set to a vacuum level of 104 Pa or less, thesensor module 100 can be used as an absolute pressure sensor.
次に、図１１は、本発明のセンサモジュールの実施形態４−２の変形例（実施形態４−３）について説明する概略断面図である。以下、図１１に示す実施形態４−３のセンサモジュール１１０について説明するが、実施形態４−２のセンサモジュール１００と同様の構成については詳細な説明を省略する。なお、図１１および以下のセンサモジュール１１０の説明においても、センサモジュール１００と同様の構成については、センサモジュール１００と同じ符号を用いている。図１１に示すセンサモジュール１１０も、固定部材１５が、蓋体２２により封止された第１センサ素子３２の収容空間を、第１センサ素子３２側の第１の空間１１ａと蓋体側の第２の空間１１ｂとに分けており、それぞれの空間１１ａ・１１ｂが密閉されている。 Next, FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating a modified example (embodiment 4-3) of the embodiment 4-2 of the sensor module of the present invention. Hereinafter, although thesensor module 110 of Embodiment 4-3 shown in FIG. 11 is demonstrated, detailed description is abbreviate | omitted about the structure similar to thesensor module 100 of Embodiment 4-2. 11 and the following description of thesensor module 110, the same reference numerals as those of thesensor module 100 are used for the same configuration as thesensor module 100. Thesensor module 110 shown in FIG. 11 also has a housing space for thefirst sensor element 32 in which the fixingmember 15 is sealed by thelid 22, and the first space 11 a on thefirst sensor element 32 side and the second space on the lid side. And the respective spaces 11a and 11b are hermetically sealed.
センサモジュール１１０においても、第１センサ素子３２が配置されて、固定部材１５によって密閉されている第１の空間１１ａは、例えばヘリウムやアルゴン等の不活性な気体を用いて充満されていることが好ましく、第１の空間１１ａ内は大気圧にほぼ等しい気圧とされている。また、固定部材１５および蓋体２２に挟まれて密閉されている第２の空間１１ｂは、第１の空間１１ａよりも気圧が低く設定されており、センサモジュール１１０の外部の圧力により蓋体２２をその変化に応じて変形させるとともに蓋体２２が変形したときの固定部材１５の変形を少なくすることによって、圧力測定の感度を高めている。また、第１の空間１１ａの気圧と第２の空間１１ｂの気圧との差を大きくすると、センサモジュール１１０の外部の圧力が変化した際に第１の空間１１ａに及ぶ外部の圧力の影響が小さくなるので、固定部材１５の材料によらずに固定部材１５の変形を小さくすることができることから、センサモジュール１１０の外部の圧力をより正確に計測することができる。 Also in thesensor module 110, the first space 11a in which thefirst sensor element 32 is arranged and sealed by the fixingmember 15 is filled with an inert gas such as helium or argon. Preferably, the pressure in the first space 11a is almost equal to the atmospheric pressure. The second space 11 b that is sealed between the fixingmember 15 and thelid body 22 is set to have a lower atmospheric pressure than the first space 11 a, and thelid body 22 is caused by pressure outside thesensor module 110. The pressure measurement sensitivity is increased by reducing the deformation of the fixingmember 15 when thelid body 22 is deformed and deforming in accordance with the change. Further, when the difference between the air pressure in the first space 11a and the air pressure in the second space 11b is increased, the influence of the external pressure on the first space 11a is reduced when the pressure outside thesensor module 110 is changed. As a result, the deformation of the fixingmember 15 can be reduced regardless of the material of the fixingmember 15, so that the pressure outside thesensor module 110 can be measured more accurately.
なお、この例における固定部材１５も、変形に対する剛性が蓋体２２よりも高いものを用いることが望ましく、例えば、固定部材１５および蓋体２２の材料が同じである場合には、固定部材１５の厚みを蓋体２２の厚みよりも厚く、例えば１．５倍以上にすることが望ましい。 Note that the fixingmember 15 in this example is also preferably a member having higher rigidity against deformation than thelid body 22. For example, when the materials of the fixingmember 15 and thelid body 22 are the same, the fixingmember 15 It is desirable that the thickness is larger than the thickness of thelid 22, for example, 1.5 times or more.
また、第２の空間１１ｂが真空に近くなるように設定したときには、温度や湿度の変化によって生じる第２の空間１１ｂ内の気体の体積の変化が小さくなり、第２の空間１１ｂ内の気圧の変化が小さくなるので、センサモジュール１１０の外部の圧力をより正確に計測することができる。 Further, when the second space 11b is set to be close to a vacuum, the change in the volume of the gas in the second space 11b caused by changes in temperature and humidity becomes small, and the atmospheric pressure in the second space 11b is reduced. Since the change becomes small, the pressure outside thesensor module 110 can be measured more accurately.
なお、特に、第２の空間１１ｂの気圧を１０3Ｐａ以下の真空度に設定したときには、センサモジュール１１０を絶対圧センサとして利用することができる。In particular, when the atmospheric pressure in the second space 11b is set to a vacuum level of 103 Pa or less, thesensor module 110 can be used as an absolute pressure sensor.
図１１に示すセンサモジュール１１０では、図２に示す第１センサ素子３２の、梁部３８ｂおよび抵抗素子３９ａ〜３９ｃならびに電極パッド３５が設けられている側が、基体１２の載置面１２Ａと対向している。このセンサモジュール１１０では、第１センサ素子３２をフリップチップ実装していることから、第１センサ素子３２と固定部材１５との距離を短くでき、第１の空間１１ａを小さくできるので、実施形態４−２のセンサモジュール１００と比較してセンサモジュールを小型化することができる。 In thesensor module 110 shown in FIG. 11, the side of thefirst sensor element 32 shown in FIG. 2 where thebeam portion 38 b, theresistance elements 39 a to 39 c and theelectrode pad 35 are provided faces the mountingsurface 12 </ b> A of thebase 12. ing. In thissensor module 110, since thefirst sensor element 32 is flip-chip mounted, the distance between thefirst sensor element 32 and the fixingmember 15 can be shortened, and the first space 11a can be made small. As compared with thesensor module 100 of -2, the sensor module can be reduced in size.
また、図１２は、本発明のセンサモジュールの実施形態１−１の変形例の一例である、センサモジュール７０について説明する概略断面図である。センサモジュール７０では、キャビティ１１の内部に、第１センサ素子３２に加えて、例えば回路素子４２が収容されている。第１の回路素子４２は、例えばキャビティ１１内の基体１２の載置面１２Ａに、例えばフリップチップ実装によって配置固定されており、載置面１２Ａの、第１センサ素子３２の配置領域および回路素子４２の配置領域を囲む領域には、固定電極２４が設けられている。図１２では、実施形態１−１の変形例の一例のみを示しているが、上記各実施態様および実施形態（実施形態１−１〜実施形態３−２）のいずれの形態においても、キャビティ１１内に、第１センサ素子３２以外の部材が配置されていてもよい。また、キャビティ１１内に配置される部材も、回路素子４２であることに限定されず、例えば第２センサ素子３４や各種コンデンサ等をキャビティ１１内に配置しても構わない。キャビティ１１内に配置する部材の種類および個数については、特に限定されない。 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating asensor module 70, which is an example of a modification of Embodiment 1-1 of the sensor module of the present invention. In thesensor module 70, for example, acircuit element 42 is accommodated in thecavity 11 in addition to thefirst sensor element 32. For example, thefirst circuit element 42 is arranged and fixed on theplacement surface 12A of the base 12 in thecavity 11 by, for example, flip chip mounting. The placement area of thefirst sensor element 32 and the circuit element on theplacement surface 12A are arranged. A fixedelectrode 24 is provided in a region surrounding thearrangement region 42. Although FIG. 12 shows only an example of the modification of the embodiment 1-1, thecavity 11 can be used in any of the above embodiments and the embodiments (embodiments 1-1 to 3-2). A member other than thefirst sensor element 32 may be disposed therein. Further, the member disposed in thecavity 11 is not limited to thecircuit element 42, and for example, thesecond sensor element 34 and various capacitors may be disposed in thecavity 11. The type and number of members disposed in thecavity 11 are not particularly limited.
また、図１３は、本発明のセンサモジュールの実施形態１−１の変形例の他の例である、センサモジュール８０について説明する図であり、センサモジュール８０から封止樹脂層４８を除去した状態の概略上面図である。センサモジュール８０は、無線器６６やバッテリ６７、発電器６８等が、基体１２の上記反対側の基板面１２Ｂに設けられている。無線器６６、バッテリ６７、および発電器６８は、例えばフリップチップ実装によって、基体１２の反対側の基板面１２Ｂに接合・固定されている。無線器６６および発電器６８は、基板面１２Ｂに設けられた図示しない電極パッドおよび導電パターンを介して、回路素子４２や４４等と接続されている。無線器６６は、無線による情報またはエネルギーの伝送機能を有する公知の送受信モジュールである。無線通信モジュールとしては、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格の送受信モジュール、ＷｉＦｉ規格の送受信モジュール、ＺｉｇＢｅｅ規格の送受信モジュールなど、公知の無線通信モジュールを用いればよい。また、無線器６６としては、いわゆるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）における位置情報信号を受信可能な受信モジュールであってもよい。この場合、基板面１２Ｂに設けられた図示しない情報処理回路が、無線器６６が受信した位置情報信号に応じて、センサモジュール１０の現在の位置情報（経度および緯度）を求めてもよい。 Moreover, FIG. 13 is a figure explaining thesensor module 80 which is another example of the modification of Embodiment 1-1 of the sensor module of this invention, The state which removed the sealingresin layer 48 from thesensor module 80 FIG. In thesensor module 80, aradio device 66, abattery 67, apower generator 68, and the like are provided on thesubstrate surface 12 </ b> B on the opposite side of thebase 12. Theradio device 66, thebattery 67, and thepower generator 68 are bonded and fixed to thesubstrate surface 12B on the opposite side of the base 12 by, for example, flip chip mounting. Theradio device 66 and thepower generator 68 are connected to thecircuit elements 42 and 44, etc. via electrode pads and conductive patterns (not shown) provided on thesubstrate surface 12B. Thewireless device 66 is a known transmission / reception module having a wireless information or energy transmission function. As the wireless communication module, for example, a known wireless communication module such as a Bluetooth (registered trademark) transmission / reception module, a WiFi standard transmission / reception module, or a ZigBee standard transmission / reception module may be used. Further, theradio device 66 may be a receiving module capable of receiving a position information signal in a so-called GPS (Global Positioning System). In this case, an information processing circuit (not shown) provided on thesubstrate surface 12B may obtain the current position information (longitude and latitude) of thesensor module 10 in accordance with the position information signal received by thewireless device 66.
バッテリ６７は、無線器６６やセンサモジュール１０の各構成部材に電力を供給する、公知のバッテリである。発電器６８は、例えば基体１２の振動のエネルギーを電力エネルギーに変換するＭＥＭＳ発電素子等や、外部から与えられたエネルギーによる変形や歪みに応じた電気が発生する圧電素子等からなる。発電器６８は、バッテリ６７に電力を供給し、バッテリ６７の電力残量を一定レベルに安定して維持させる。本発明では、上記各実施態様および実施形態（実施形態１−１〜実施形態３−２）のいずれの形態においても、無線器６６やバッテリ６７、発電器６８等が、基体１２の上記反対側の基板面１２Ｂに設けられていてもよい。また、無線器６６は、外部から伝送される電磁波のエネルギーを電力に変換するエネルギー変換機構を備えていてもよい。この場合、例えば、無線器６６のエネルギー変換機構が、外部から伝送された電磁波のエネルギーを電力に変換し、変換した電力をバッテリ６７に蓄電すればよい。この場合、バッテリ６７において電力が比較的少なくなることを効果的に防止し、センサモジュール１０の動作信頼性を比較的高くできる。この際、エネルギー変換機構としては、例えば、ダイオードやコンデンサ、抵抗器等を組み合わせて構成された周知の全波整流回路と、図示しないアンテナとを用いて構成したものを用いることができる。例えば、図示しないアンテナが外部から送信された送信された電磁波を受信し、全波整流回路が、電磁波の受信によってアンテナに誘起された高周波電流を整流して直流電流に変換し、バッテリ６７に蓄電すればよい。無線器６６やバッテリ６７の種類等についても、特に限定されない。また、基板面１２Ｂの側に配置される部材の種類も、無線器やバッテリなどに限定されない。また、基体に配置される部材の種類や個数について、特に限定されない。 Thebattery 67 is a known battery that supplies power to each component of thewireless device 66 and thesensor module 10. Thepower generator 68 includes, for example, a MEMS power generation element that converts vibration energy of the base 12 into electric power energy, a piezoelectric element that generates electricity according to deformation or distortion caused by energy applied from the outside, and the like. Thepower generator 68 supplies power to thebattery 67 and stably maintains the remaining power of thebattery 67 at a certain level. In the present invention, theradio device 66, thebattery 67, thepower generator 68, etc. are connected to the opposite side of the base 12 in any of the above embodiments and embodiments (embodiments 1-1 to 3-2). It may be provided on thesubstrate surface 12B. Thewireless device 66 may include an energy conversion mechanism that converts energy of electromagnetic waves transmitted from the outside into electric power. In this case, for example, the energy conversion mechanism of theradio device 66 may convert the energy of the electromagnetic wave transmitted from the outside into electric power, and store the converted electric power in thebattery 67. In this case, it is possible to effectively prevent thebattery 67 from having a relatively small amount of power, and to relatively increase the operation reliability of thesensor module 10. In this case, as the energy conversion mechanism, for example, a mechanism configured by using a known full-wave rectifier circuit configured by combining a diode, a capacitor, a resistor, and the like and an antenna (not shown) can be used. For example, an antenna (not shown) receives an electromagnetic wave transmitted from the outside, and a full-wave rectifier circuit rectifies a high-frequency current induced in the antenna by the reception of the electromagnetic wave to convert it into a direct current and stores it in thebattery 67. do it. The types of theradio device 66 and thebattery 67 are not particularly limited. Moreover, the kind of member arrange | positioned at theboard surface 12B side is not limited to a radio | wireless machine, a battery, etc. Further, the type and number of members disposed on the base are not particularly limited.
また、上述の各実施態様および実施形態では、基体に構成されるダイアフラム式圧力センサは、可塑性を有する蓋体と固定電極との間の静電容量に基づいてキャビティ１１外の圧力を測定する、静電容量型の圧力センサについて示している。この圧力センサの種類についても、特に限定されない。例えば、蓋体２２のキャビティ１１に対応する部分に、弾性表面波素子（いわゆるＳＡＷ素子）を設け、蓋体の歪みや変形に応じた弾性表面波の伝搬速度の変化を計測することで、キャビティ１１の外部の圧力の変動を測定する、いわゆるＳＡＷ素子型圧力センサを構成してもよい。具体的には、例えば圧電体とインターデジタルトランスデューサー電極（ＩＤＴ電極）と、このＩＤＴ電極の弾性表面波の伝搬方向の両側に形成される一対の反射器電極と、からならなる弾性表面波共振子を、蓋体２２のキャビティ１１側の内壁面に形成するとともに、キャビティ１１内に、この弾性表面波素子と接続される増幅回路とを有して構成される発振回路を配置すればよい。この場合、例えば蓋体２２が圧力を受け変形が生じると、その部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波素子の電極間隔が変化する。そして、それぞれの作用によって弾性表面波素子の共振周波数が変化し、これによって弾性表面波素子とそれに接続される増幅回路とで構成される発振回路の発振周波数が変化する。この場合、例えば回路素子４２が、この発信周波数から、蓋体２２にかかっている圧力の大きさを算出する構成とすればよい。 Further, in each of the above-described embodiments and embodiments, the diaphragm pressure sensor configured on the base measures the pressure outside thecavity 11 based on the capacitance between the plastic lid and the fixed electrode. It shows a capacitance type pressure sensor. The type of pressure sensor is not particularly limited. For example, a surface acoustic wave element (a so-called SAW element) is provided in a portion corresponding to thecavity 11 of thelid 22, and the change in the propagation speed of the surface acoustic wave according to the distortion or deformation of the lid is measured. You may comprise what is called a SAW element type pressure sensor which measures the fluctuation | variation of the pressure of 11 outside. Specifically, for example, a surface acoustic wave resonance comprising a piezoelectric body, an interdigital transducer electrode (IDT electrode), and a pair of reflector electrodes formed on both sides of the surface acoustic wave propagation direction of the IDT electrode. A child is formed on the inner wall surface of thelid 22 on thecavity 11 side, and an oscillation circuit having an amplifier circuit connected to the surface acoustic wave element may be disposed in thecavity 11. In this case, for example, when thelid 22 is deformed by receiving pressure, the propagation speed of the surface acoustic wave is changed due to the change in the elastic constant of the portion, and the electrode interval of the surface acoustic wave element is changed. Then, the resonance frequency of the surface acoustic wave element is changed by each action, and thereby the oscillation frequency of the oscillation circuit constituted by the surface acoustic wave element and the amplifier circuit connected thereto is changed. In this case, for example, thecircuit element 42 may be configured to calculate the magnitude of the pressure applied to thelid body 22 from the transmission frequency.
また、キャビティ１１内に収容されるセンサの種類についても、特に限定されない。上記各実施態様および実施形態では、キャビティ１１内にピエゾ抵抗体型加速度センサ素子を配置した例について記載しているが、キャビティ１１内に、例えばバイモルフ圧電素子を用いたカンチレバー型の加速度センサ（いわゆるショックセンサ）など、ピエゾ抵抗型加速度センサと異なる構成の加速度センサを配置してもよい。また、キャビティ１１内に加速度センサを配置することに限定する必要もなく、例えば角速度センサなど他の運動量を計測するセンサや、温度センサなどを配置してもよい。同様に、基体におけるキャビティと反対側の面に配置するセンサも、温度センサに限定されず、ピエゾ抵抗型の加速度センサ、カンチレバー型の加速度センサ、または角速度センサなどを配置してもよい。このようにして、所望の物理量を測定する各種センサを、比較的コンパクトに集積することができる。 Further, the type of sensor accommodated in thecavity 11 is not particularly limited. In each of the above embodiments and embodiments, an example in which a piezoresistive acceleration sensor element is disposed in thecavity 11 is described. However, a cantilever acceleration sensor using a bimorph piezoelectric element (so-called shock sensor) is used in thecavity 11. An acceleration sensor having a configuration different from that of the piezoresistive acceleration sensor, such as a sensor, may be disposed. Moreover, it is not necessary to limit to arrange | positioning an acceleration sensor in thecavity 11, For example, the sensor which measures other momentum, such as an angular velocity sensor, a temperature sensor, etc. may be arrange | positioned. Similarly, the sensor disposed on the surface of the substrate opposite to the cavity is not limited to the temperature sensor, and a piezoresistive acceleration sensor, a cantilever acceleration sensor, an angular velocity sensor, or the like may be disposed. In this way, various sensors that measure a desired physical quantity can be integrated relatively compactly.
図１４は、先に述べたセンサモジュールを支持基板の表面に実装した状態について説明する図である。図１４（ａ）は、実装基板６２にセンサモジュール１０が実装された状態を示す概略斜視図であり、図１４（ｂ）は概略断面図である。図１４および以下の説明では、上記各実施形態および変形例のうち、実施形態１−１のセンサモジュール１０を実装した場合について代表して説明しているが、上述の各実施形態のいずれのセンサモジュールを用いてもよいのはもちろんである。実装基板６２は、例えばセラミックス等からなる絶縁性基板であり、この実装基板６２の表面には、制御素子６４、および無線器６６が設けられている。実装基板６２の表面には、電極パッド６１や導電性パターン６９（図１４には一部のみ示している）が設けられている。制御素子６４や無線器６６は、例えばハンダを用いたいわゆるフリップチップ実装によって、実装基板６２の表面に配置、固定されている。 FIG. 14 is a diagram illustrating a state where the above-described sensor module is mounted on the surface of the support substrate. FIG. 14A is a schematic perspective view showing a state in which thesensor module 10 is mounted on the mountingboard 62, and FIG. 14B is a schematic cross-sectional view. In FIG. 14 and the following description, the case where thesensor module 10 of Embodiment 1-1 is mounted is described as a representative among the above-described embodiments and modifications, but any sensor of each of the above-described embodiments is described. Of course, modules may be used. The mountingsubstrate 62 is an insulating substrate made of, for example, ceramics, and acontrol element 64 and aradio device 66 are provided on the surface of the mountingsubstrate 62. On the surface of the mountingsubstrate 62, anelectrode pad 61 and a conductive pattern 69 (only a part is shown in FIG. 14) are provided. Thecontrol element 64 and thewireless device 66 are arranged and fixed on the surface of the mountingsubstrate 62 by so-called flip chip mounting using, for example, solder.
また、センサモジュール１０も、基体１２の枠状部１４の突出端面に設けられた外部接続端子２３が、ハンダバンプ６５によって電極パッド６１と接合されて固定されている。ハンダバンプ６５を用いた外部接続端子２３と電極パッド６１との接合は、いわゆるフリップチップ実装によって行えばよい。センサモジュール１０の蓋体２２と、実装基板６２との基板面とは、ハンダバンプ６５によって規定される所定の間隔だけ離間している。蓋体２２は、枠状部１４に周囲が囲まれているが、枠状部１４の突出端面と実装基板６２の基板面は、このハンダバンプ６５によって規定される間隔だけ離間している。すなわち、蓋体２２は、少なくとも、このハンダバンプ６５によって規定された間隔を介して、実装基板６２が設置されている周辺空気と接しており、蓋体２２は、この周辺空気の圧力とキャビティ１１内の圧力差に応じて変形する。また、センサモジュール１０の基体１２の枠状部１４の突出端には、蓋体２２の中心部から基体１２の外側に向けて形成された複数の溝１４ｂが設けられており、蓋体２２は、この溝１４ｂを介しても、実装基板６２が設置されている周辺空気と接している。 In thesensor module 10, theexternal connection terminals 23 provided on the projecting end surface of the frame-like portion 14 of the base 12 are bonded and fixed to theelectrode pads 61 by solder bumps 65. Bonding between theexternal connection terminal 23 and theelectrode pad 61 using thesolder bump 65 may be performed by so-called flip chip mounting. Thelid 22 of thesensor module 10 and the board surface of the mountingboard 62 are separated from each other by a predetermined interval defined by thesolder bump 65. Thelid 22 is surrounded by the frame-shapedportion 14, but the protruding end surface of the frame-shapedportion 14 and the substrate surface of the mountingsubstrate 62 are separated by an interval defined by thesolder bump 65. That is, thelid 22 is in contact with the ambient air on which the mountingsubstrate 62 is placed at least through the interval defined by thesolder bump 65, and thelid 22 is in contact with the pressure of the ambient air and the inside of thecavity 11. Deforms according to the pressure difference. The projecting end of the frame-like portion 14 of thebase 12 of thesensor module 10 is provided with a plurality ofgrooves 14 b formed from the center of thelid 22 toward the outside of thebase 12. Even through thegroove 14b, the peripheral air in which the mountingsubstrate 62 is installed is in contact.
制御素子６４は、電極パッド６１や導電性パターン６９を介して、センサモジュール１０の外部接続端子２３や、実装基板６２に実装された無線器６６と接続している。制御素子６４は、例えば回路素子４２や４４から出力される、ダイアフラム式圧力センサ１３で測定した圧力情報、第１センサ素子３２で測定した加速度情報、また、第２センサ素子３４で測定した温度情報などの各種情報を受け取る。制御素子６４は、受け取った各種情報を、予め設定された所定タイミングで各情報を無線器６６から送信させる。また、無線器６６が受信した外部からの指示情報に基づき、各回路素子４２、４４におけるデータ処理動作の制御等も行う。 Thecontrol element 64 is connected to theexternal connection terminal 23 of thesensor module 10 and theradio device 66 mounted on the mountingsubstrate 62 via theelectrode pad 61 and theconductive pattern 69. Thecontrol element 64 is output from thecircuit elements 42 and 44, for example, pressure information measured by the diaphragm pressure sensor 13, acceleration information measured by thefirst sensor element 32, and temperature information measured by thesecond sensor element 34. Receive various information such as. Thecontrol element 64 causes each piece of information to be transmitted from thewireless device 66 at a predetermined timing set in advance. Further, based on external instruction information received by thewireless device 66, control of data processing operations in thecircuit elements 42 and 44 is also performed.
無線器６６は、無線による情報の送受信機能を有する公知の送受信モジュールである。無線通信モジュールとしては、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格の送受信モジュール、ＷｉＦｉ（登録商標）規格の送受信モジュール、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）規格の送受信モジュールなど、公知の無線通信モジュールを用いればよい。また、無線器６６としては、いわゆるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）における位置情報信号を受信可能な受信モジュールであってもよい。この場合、例えば制御素子６４が、無線器６６が受信した位置情報信号に応じて、センサモジュール１０の現在の位置情報（経度および緯度）を求めてもよい。なお、実装基板６２表面には、図示しないバッテリが配置されており、無線器６６やセンサモジュール１０は、このバッテリから必要な電力を受け取ればよい。なお、無線器６６が基板面１２Ｂに実装されている上述の変形例の場合（図１３に示すセンサモジュール８０を用いる場合）、実装基板６２の表面には、例えば制御素子６４のみが配置されていればよい。 Thewireless device 66 is a known transmission / reception module having a wireless information transmission / reception function. As the wireless communication module, for example, a known wireless communication module such as a Bluetooth (registered trademark) standard transmission / reception module, a WiFi (registered trademark) standard transmission / reception module, or a ZigBee (registered trademark) standard transmission / reception module may be used. Further, theradio device 66 may be a receiving module capable of receiving a position information signal in a so-called GPS (Global Positioning System). In this case, for example, thecontrol element 64 may obtain the current position information (longitude and latitude) of thesensor module 10 according to the position information signal received by thewireless device 66. Note that a battery (not shown) is disposed on the surface of the mountingsubstrate 62, and theradio device 66 and thesensor module 10 only have to receive necessary power from the battery. In the case of the above-described modification in which thewireless device 66 is mounted on theboard surface 12B (when thesensor module 80 shown in FIG. 13 is used), for example, only thecontrol element 64 is disposed on the surface of the mountingboard 62. Just do it.
図１５は、先に述べたセンサモジュールを用いて、対象測定物の複数の物理量を測定する実施例の１つであり、車両に装着されたタイヤ組立体８２を構成するホイール８４に、センサモジュール１０を固定した状態について説明する図である。図１５は、センサモジュール１０が固定されたタイヤ組立体８２の概略断面斜視図を示している。図１５は、センサモジュール１０の装着部分の周辺を拡大して示している。 FIG. 15 shows one of the embodiments for measuring a plurality of physical quantities of the object to be measured using the sensor module described above. The sensor module is attached to thewheel 84 constituting thetire assembly 82 mounted on the vehicle. It is a figure explaining the state which fixed 10. FIG. 15 is a schematic cross-sectional perspective view of thetire assembly 82 to which thesensor module 10 is fixed. FIG. 15 is an enlarged view of the periphery of the mounting portion of thesensor module 10.
タイヤ組立体８２は、ホイール８４にタイヤ８８が組み付けられて構成されている。センサモジュール１０は、上述の実装基板６２がホイール８４を構成するリム８６の外周面に固定されることで、タイヤ組立体８２に対して固定されている。実装基板６２は、リム８６の外周面に例えば接着剤によって固着されている。なお、図１５おいては図示していないが、実装基板６２には、センサモジュール１０や制御素子６４や無線器６６等を被覆する封止層や、センサモジュール１０や制御素子６４や無線器６６等を覆う筐体等が設けられていてもよい。かかる封止層や筐体は、無線器６６における無線通信機能を阻害しない材質、例えば樹脂等で構成されていることが好ましい。 Thetire assembly 82 is configured by assembling atire 88 on awheel 84. Thesensor module 10 is fixed to thetire assembly 82 by fixing the mountingboard 62 described above to the outer peripheral surface of therim 86 constituting thewheel 84. The mountingsubstrate 62 is fixed to the outer peripheral surface of therim 86 by, for example, an adhesive. Although not shown in FIG. 15, the mountingsubstrate 62 has a sealing layer that covers thesensor module 10, thecontrol element 64, thewireless device 66, and the like, thesensor module 10, thecontrol element 64, and thewireless device 66. A housing or the like may be provided. Such a sealing layer and housing are preferably made of a material that does not hinder the wireless communication function of thewireless device 66, such as a resin.
タイヤ組立体８２は、図１６に示すように、車両９２の複数の車輪位置にそれぞれ装着されている。車両９２には、図示しないアンテナと接続された受信器９４と、受信器９４が受信した情報を処理する処理装置９６と、処理装置９６における処理結果等に応じて動作する報知手段９８と、が備えられている。報知手段９８は、例えばディスプレイやブザー等からなり、車両９２を運転操作する運転者に対して、警告画面を表示したり警告音を発したりすることができる構成となっている。 As shown in FIG. 16, thetire assemblies 82 are respectively attached to a plurality of wheel positions of thevehicle 92. Thevehicle 92 includes areceiver 94 connected to an antenna (not shown), aprocessing device 96 that processes information received by thereceiver 94, and anotification unit 98 that operates according to a processing result in theprocessing device 96. Is provided. For example, thenotification unit 98 includes a display, a buzzer, and the like, and is configured to display a warning screen or emit a warning sound to a driver who operates thevehicle 92.
上述のように、センサモジュール１０の蓋体２２は、ハンダバンプ６５によって規定された間隔を介してタイヤ８８内部の空気と接しており、タイヤ８８内部の空気圧に応じて蓋体２２は変形する。この状態で、センサモジュール１０のダイアフラム式圧力センサは、タイヤ８８内部の空気圧を測定するタイヤ内圧センサとして機能する。センサモジュール１０では、実装基板６２に実装された状態において、実装基板６２の基板面が蓋体２２を覆うように配置されている。また、蓋体２２のタイヤ８８の空洞領域を向く側は、基体１２によって覆われている。タイヤ８８の内部には、小石など比較的硬いゴミが混入している場合もあり、この場合、車両の走行中すなわちタイヤ８８の転動中、タイヤ８８の内部では、比較的硬いゴミが比較的高い速度で飛び交っている。仮に、比較的硬いゴミが比較的高い速度で、可塑性を有する蓋体２２に衝突すると、この蓋体２２の特性が変化し、場合によっては破壊されることもある。センサモジュール１０では、蓋体２２が、タイヤ８８の内部を向く側と反対の側を向いて配置されている。加えて、センサモジュール１０では、実装基板６２および基体１２が蓋体２２を覆うように配置されており、タイヤ組立体８２の転動中であっても、蓋体２２へゴミ等が衝突する可能性を低減することができる。 As described above, thelid body 22 of thesensor module 10 is in contact with the air inside thetire 88 through the interval defined by thesolder bump 65, and thelid body 22 is deformed according to the air pressure inside thetire 88. In this state, the diaphragm pressure sensor of thesensor module 10 functions as a tire internal pressure sensor that measures the air pressure inside thetire 88. In thesensor module 10, the substrate surface of the mountingsubstrate 62 is disposed so as to cover thelid body 22 when mounted on the mountingsubstrate 62. Further, the side of thelid 22 facing the hollow area of thetire 88 is covered with thebase 12. There may be cases where relatively hard dust such as pebbles is mixed inside thetire 88. In this case, relatively hard dust is relatively contained inside thetire 88 while the vehicle is running, that is, while thetire 88 is rolling. Flying at high speed. If relatively hard dust collides with theplastic lid body 22 at a relatively high speed, the characteristics of thelid body 22 change and may be destroyed in some cases. In thesensor module 10, thelid 22 is arranged facing the side opposite to the side facing the inside of thetire 88. In addition, in thesensor module 10, the mountingsubstrate 62 and the base 12 are arranged so as to cover thelid body 22, and dust or the like can collide with thelid body 22 even while thetire assembly 82 is rolling. Can be reduced.
車両の走行中、タイヤ組立体８２およびホイール８４は転動するが、センサモジュール１０は、ホイール８４の転動に応じて回転移動し、また、ホイール８４の振動に伴って振動する。センサモジュール１０の第１センサ素子３２は、車両の走行に伴うホイール８４の回転に伴って生じる加速度の大きさを、比較的高い精度で計測することができる。第１センサ素子３２は、直交する３軸の加速度を測定することが可能であり、例えばタイヤ８８の半径方向、幅方向、および周方向それぞれの加速度を測定する。センサモジュール１０で測定した各情報は、上述のように、無線器６６から無線で送信される。 While the vehicle is running, thetire assembly 82 and thewheel 84 roll, but thesensor module 10 rotates in accordance with the rolling of thewheel 84 and vibrates with the vibration of thewheel 84. Thefirst sensor element 32 of thesensor module 10 can measure the magnitude of acceleration generated with the rotation of thewheel 84 as the vehicle travels with relatively high accuracy. Thefirst sensor element 32 can measure accelerations of three axes orthogonal to each other. For example, thefirst sensor element 32 measures accelerations of thetire 88 in the radial direction, the width direction, and the circumferential direction. Each information measured by thesensor module 10 is wirelessly transmitted from thewireless device 66 as described above.
無線器６６から送信された各種情報は、車両９２に備えられた受信器９２によって受信され、処理装置９６に送られる。処理装置９６では、例えば、タイヤ８８内の現在の空気圧の情報を受け取り、現在のタイヤ８８の空気圧が所定の閾値を下回る場合など、報知手段９８の動作を制御して運転者に警告を発する。また、例えば、第１センサ素子３２による、比較的低い周波数の加速度情報に基づいて、現在のタイヤの回転速度や、走行路面に対するタイヤの滑り具合等を算出する。車両９２では、かかる回転速度や滑り具合の情報に基づき、図示しない動作制御システムによって車両９２の動作を制御する。車両９２は、例えば、公知のＡＢＳ（アンチ・ロック・ブレーキシステム）、ＴＣＳ（トラクション・コントロール・システム）、ＥＰＳ（横滑り防止システム）などの動作制御システムが備えられており、回転速度や滑り具合の情報に基づいて、各システムを比較的高い制御性で動作させることができる。また、例えば第１センサ素子３２による、比較的高い周波数の振動の加速度情報に基づいて、タイヤ組立体８２やタイヤ８８に生じている振動の大きさを判定することもできる。タイヤ組立体８２やタイヤ８８に生じている振動の大きさは、タイヤ組立体８２に加わった衝撃の大きさ等に対応する。例えば、第１センサ素子３２による、比較的高い周波数の加速度情報に基づいて、車両９２の走行の開始タイミングや、車両９２が走行している（タイヤ８８が接地している）路面状態、タイヤ８８の横滑りの程度などを評価することもできる。これらの情報は、車両９２に備えられている車両動作制御システムの動作や、無線器６６による情報の送信タイミングの制御などに用いることができる。 Various types of information transmitted from thewireless device 66 are received by thereceiver 92 provided in thevehicle 92 and sent to theprocessing device 96. In theprocessing device 96, for example, information on the current air pressure in thetire 88 is received, and when the current air pressure of thetire 88 falls below a predetermined threshold, the operation of the notification means 98 is controlled to issue a warning to the driver. Further, for example, based on acceleration information of a relatively low frequency by thefirst sensor element 32, the current rotation speed of the tire, the slipping condition of the tire with respect to the traveling road surface, and the like are calculated. In thevehicle 92, the operation of thevehicle 92 is controlled by an operation control system (not shown) based on the information on the rotational speed and the slip condition. Thevehicle 92 is provided with an operation control system such as a known ABS (anti-lock braking system), TCS (traction control system), or EPS (side slip prevention system). Based on the information, each system can be operated with relatively high controllability. In addition, for example, the magnitude of vibration generated in thetire assembly 82 or thetire 88 can be determined based on acceleration information of relatively high frequency vibration by thefirst sensor element 32. The magnitude of vibration generated in thetire assembly 82 and thetire 88 corresponds to the magnitude of impact applied to thetire assembly 82. For example, based on acceleration information of a relatively high frequency by thefirst sensor element 32, the start timing of traveling of thevehicle 92, the road surface state where thevehicle 92 is traveling (thetire 88 is grounded), thetire 88 The degree of skidding can be evaluated. These pieces of information can be used for operation of a vehicle operation control system provided in thevehicle 92, control of information transmission timing by thewireless device 66, and the like.
このように、上述したセンサモジュール、センサモジュール付ホイール、タイヤ組立体を用いれば、車両走行中におけるタイヤ内の空気圧、ホイールの回転、ホイールに生じた振動等の各種情報を、車両の走行中であってもリアルタイムで把握しておくことができる。また、車両側では、取得した各種情報に基づき、より高い精度で車両動作を制御することができる。 As described above, when the sensor module, the wheel with the sensor module, and the tire assembly described above are used, various information such as the air pressure in the tire, the rotation of the wheel, and the vibration generated in the wheel during the traveling of the vehicle can be obtained. You can keep track of it in real time. Further, on the vehicle side, the vehicle operation can be controlled with higher accuracy based on the acquired various information.
なお、上記実施例では、タイヤ組立体８２を構成するホイール８６の外周面にセンサモジュール１０を取り付けた例について説明したが、例えば、ホイール８６に設けられている空気バルブ８９の、タイヤ８８の内周面側の端部に取り付けられていてもよい。また、例えば、図１７に示すように、タイヤ８８の内周面にセンサモジュール１０を取り付けてもよい。また、センサモジュール１０の蓋体にタイヤ８８の内部の空気圧がかかる状態とした上で、タイヤ８８のトレッド部やサイド部などの内部に、センサモジュール１０を埋め込んで配置してもよい。このような場合、タイヤ８８の例えばトレッド部の変形や振動の情報を、より直接的に計測することができる。この場合、車両９２において、かかるタイヤ８８の例えばトレッド部の変形や振動の情報に基づいて、上記ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＥＰＳなどの動作制御システムを動作させればよい。 In the above-described embodiment, the example in which thesensor module 10 is attached to the outer peripheral surface of thewheel 86 constituting thetire assembly 82 has been described. For example, theair valve 89 provided in thewheel 86 includes the inside of thetire 88. You may attach to the edge part of the surrounding surface side. Further, for example, as shown in FIG. 17, thesensor module 10 may be attached to the inner peripheral surface of thetire 88. In addition, thesensor module 10 may be embedded in the tread portion or the side portion of thetire 88 after the air pressure inside thetire 88 is applied to the lid of thesensor module 10. In such a case, for example, information on deformation and vibration of the tread portion of thetire 88 can be measured more directly. In this case, in thevehicle 92, the operation control system such as the ABS, TCS, or EPS may be operated based on information on deformation or vibration of thetire 88 such as the tread.
また、上記実施例では、センサモジュールを、車両に装着されるタイヤ組立体に装着した場合について説明したが、例えば航空機の車輪を構成するタイヤ組立体等に装着してもよく、また、タイヤ組立体に装着して用いられることに特に限定されない。 In the above embodiment, the case where the sensor module is mounted on a tire assembly mounted on a vehicle has been described. However, for example, the sensor module may be mounted on a tire assembly constituting an aircraft wheel. It is not particularly limited to be used by being mounted on a solid body.
以上、センサモジュール、センサ付ホイール、タイヤ組立体について説明したが、本発明は上記実施態様、実施形態、および実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。例えば、本発明のセンサモジュールを大気圧の測定に用いてもよい。 As mentioned above, although the sensor module, the wheel with a sensor, and the tire assembly were demonstrated, this invention is not limited to the said embodiment, embodiment, and an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is various. Of course, improvements and changes may be made. For example, the sensor module of the present invention may be used for measuring atmospheric pressure.
例えば、本発明のセンサモジュールの各実施形態において、蓋体２２をその主面方向から平面視した際の形状は円形であってもよい。蓋体２２の主面の形状が円形である場合は、蓋体２２に圧力が加わったときに、蓋体２２の円周部にかかる応力が均一になるため、蓋体２２の外周部の破損を少なくすることができる。また、実施形態４−２，４−３における固定部材１５を平面視した際の形状も、同様に円形にしてもよい。 For example, in each embodiment of the sensor module of the present invention, the shape of thelid body 22 when viewed from the main surface direction may be circular. When the shape of the main surface of thelid body 22 is circular, the stress applied to the circumferential portion of thelid body 22 becomes uniform when pressure is applied to thelid body 22, so that the outer peripheral portion of thelid body 22 is damaged. Can be reduced. Further, the shape of the fixingmember 15 in Embodiments 4-2 and 4-3 when viewed in plan may be similarly circular.
