センサ
【課題】ＳＡＷの信号強度及び検出感度を向上することができると共に、長期に亘って高い作動信頼性を確保することができ、且つシンプルな構成で製造容易化及び低コスト化を図り易いセンサを提供すること。
【解決手段】圧電性基板１１と、圧電性基板の一方の面１１ａに接合され、圧電性基板との間に気密封止されたキャビティを画成させる封止基板１２と、を具備するパッケージ１３と、圧電性基板の一方の面に形成され、キャビティ内に配設されたＩＤＴ１６と、両基板のうちの少なくとも一方に形成され、パッケージ外部に露出すると共に引出し電極を介してＩＤＴに導通された外部接続電極１８と、を備え、圧電性基板が、パッケージ外部から作用する力学量に応じて変位する変位部２１を有し、圧電性基板には変位部を圧電性基板の他方の面側に露出させる開放部Ｅが設けられているセンサ１０を提供する。
【解決手段】圧電性基板１１と、圧電性基板の一方の面１１ａに接合され、圧電性基板との間に気密封止されたキャビティを画成させる封止基板１２と、を具備するパッケージ１３と、圧電性基板の一方の面に形成され、キャビティ内に配設されたＩＤＴ１６と、両基板のうちの少なくとも一方に形成され、パッケージ外部に露出すると共に引出し電極を介してＩＤＴに導通された外部接続電極１８と、を備え、圧電性基板が、パッケージ外部から作用する力学量に応じて変位する変位部２１を有し、圧電性基板には変位部を圧電性基板の他方の面側に露出させる開放部Ｅが設けられているセンサ１０を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷ（表面弾性波：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅｓ）を利用したセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のセンサは、一般的に圧電性基板と、該基板の表面に形成され、圧電効果を利用してＳＡＷを励振、受信可能なＩＤＴ（櫛型電極：Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）と、を備えており、気圧、圧力や応力等に起因する力学量変化をＳＡＷの特性変化として検出することが可能なセンサとして知られている。
【０００３】
上記センサの１つとして、例えば圧力センサが知られている。この圧力センサによれば、センサ外部の圧力が変化すると、その圧力変化が圧電性基板に作用して該圧電性基板が変形する。これにより、圧電性基板の表面（伝播面）を伝播するＳＡＷの伝播長が変化する。そのため、例えばＳＡＷを励振してから受信するまでの遅延時間が変化するので、この遅延時間の変化に基づいて圧力を検知することが可能とされている。
【０００４】
しかしながら、上記従来の圧力センサは、一般的にＩＤＴが形成されている圧電性基板の上記伝播面が外部に露出している構成となっている。そのため、長期的な作動信頼性が低下し易いうえ、励振されたＳＡＷのＱ値が低下し易く、それにより信号強度及び検出感度が低下し易いものであった。
【０００５】
一方、容器と蓋部との間に画成されたキャビティ内に圧電性基板をパッケージングした圧力モニタも知られている（特許文献１参照）。この圧力モニタによれば、圧電性基板の伝播面及びＩＤＴが気密封止されたキャビティ内に配設されるので、上記問題が生じ難い構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３２０５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１に記載の圧力モニタでは、圧力変化によってダイヤフラムとして機能する蓋部を変形させ、この蓋部に形成された突出部により圧電性基板を押圧することで圧電性基板を撓み変形させる構成とされている。
しかしながら、圧力を精度良く検出するには、圧電性基板が応答性良く撓み変形するように該基板との位置関係を考慮しながら蓋部に突出部を精度良く形成する必要がある。そのため、容器及び蓋部からなるパッケージングの構造が複雑化し易いうえ、効率の良い製造が難しくコスト高に繋がり易かった。特に、突出部を圧電性基板に対して直接物理的に押し当てる構造のため、長期的な作動信頼性を確保することが難しいものと考えられる。
【０００８】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、ＳＡＷの信号強度及び検出感度を向上することができると共に、長期に亘って高い作動信頼性を確保することができ、且つシンプルな構成で製造容易化及び低コスト化を図り易いセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
（１）本発明に係るセンサは、圧電性基板と、該圧電性基板の一方の面に接合され、圧電性基板との間に気密封止されたキャビティを画成させる封止基板と、を具備するパッケージと、前記圧電性基板の一方の面に形成され、前記キャビティ内に配設されたＩＤＴと、前記圧電性基板及び前記封止基板のうちの少なくとも一方に形成され、前記パッケージ外部に露出すると共に引出し電極を介して前記ＩＤＴに導通された外部接続電極と、を備え、前記圧電性基板が、前記パッケージ外部から作用する力学量に応じて変位する変位部を有し、前記圧電性基板には、前記変位部を該圧電性基板の他方の面側に露出させる開放部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るセンサによれば、気圧、圧力や応力等に起因してパッケージ外部の力学量が変化すると、開放部によって露出されている圧電性基板の変位部が力学量変化に応じて変位する。そのため、ＩＤＴによって励振され、圧電性基板の一方の面上を伝播するＳＡＷ（表面弾性波）の伝播長が変化し、ＳＡＷの伝播特性が変化する。そのため、引出し電極及び外部接続電極を介して上記ＳＡＷの特性変化をモニタすることで、パッケージ外部の力学量を検出することができる。
【００１１】
特に、ＳＡＷの伝播面とされている圧電性基板の一方の面、及びＩＤＴは、パッケージのキャビティ内に気密封止されているので、外部からの影響を受け難い。しかも、上記一方の面とは反対側の面である他方の面側から作用した力学量によって、圧電性基板の変位部が変位する構造とされているので、圧電性基板の一方の面及びＩＤＴが従来のように押圧力等の物理的な力を直接的に受けることがない。
これらのことにより、励振されたＳＡＷのＱ値の低下を抑制することができ、一定のＱ値を確保してＳＡＷの信号強度及び検出感度を向上することができるうえ、長期的な作動信頼性を確保することができる。また、従来のようにパッケージに突出部を設ける等の複雑な構成が不要であり、構成のシンプル化を図ることができる。従って、製造容易化及び低コスト化を図り易い。
【００１２】
（２）上記本発明に係るセンサにおいて、前記引出し電極が、前記封止基板を厚み方向に貫通すると共に前記ＩＤＴに導通された貫通電極を有し、前記外部接続電極が、前記貫通電極に導通された状態で前記封止基板に形成されていても良い。
【００１３】
この場合には、外部接続電極が封止基板側に形成されており、貫通電極によって封止基板の接合面とは反対側の面に引き出された引出し電極に導通している。そのため、外部接続電極を下側にして例えば回路基板上にセンサを表面実装した際、圧電性基板の変位部を回路基板とは反対側の上側に向けることが可能である。そのため、回路基板に邪魔されずに、変位部に対してパッケージ外部からの力学量をよりダイレクトに作用させることができ、検出精度を高め易い。
【００１４】
（３）上記本発明に係るセンサにおいて、前記圧電性基板の前記他方の面には凹部が形成され、該凹部の内側が前記開放部とされていても良い。
【００１５】
この場合には、圧電性基板に凹部を形成するだけの簡略な構成で変位部を圧電性基板の他方の面側に露出させることができるので、センサの構成のさらなるシンプル化及び製造容易化を図ることができる。
【００１６】
（４）上記本発明に係るセンサにおいて、前記圧電性基板を前記封止基板との間で挟み込むように、該圧電性基板の他方の面側に接合されたプレート基板を備え、前記プレート基板は、前記封止基板と同一材料で形成され、前記プレート基板には、前記変位部を露出させる開口部が形成され、該開口部の内側が前記開放部とされていても良い。
【００１７】
この場合には、同一材料の封止基板とプレート基板とが圧電性基板を間に挟み込むようにして接合されているので、３枚の基板を接合する際に、反り等の不正変形が圧電性基板に生じ難い。そのため、圧電性基板の一方の面を伝播するＳＡＷの伝播長を予め決められた長さに確実に設定することができると共に、凹凸を極力抑えた平坦面にし易い。従って、検出精度をより高めることができる。
また、プレート基板に開口部を形成するだけの簡略な構成で開放部を形成することができるうえ、変位部を圧電性基板の他方の面側に露出させることができる。従って、さらなるセンサの製造容易化を図ることができる。
【００１８】
（５）上記本発明に係るセンサにおいて、前記封止基板、前記プレート基板および前記圧電性基板が、同一材料で形成されていても良い。
【００１９】
この場合には、圧電性基板、封止基板及びプレート基板が同一材料で形成されているので、接合時に例えば熱圧着等、熱を加えながら接合を行ったとしても、封止基板、プレート基板及び圧電性基板の熱膨張係数が同じであるので各基板の熱膨張の違いに起因する熱残留応力が圧電性基板に影響することがない。従って、接合方法のバリエーションを増やすことができると共に、熱を加えながら接合をより強固に行ってキャビティ内の気密封止をより確実なものにすることができる。これにより、作動信頼性をさらに高めることができ、より高品質なセンサとすることができる。
【００２０】
（６）上記本発明に係るセンサにおいて、前記キャビティ内が、真空封止されていても良い。
【００２１】
この場合には、キャビティ内が真空状態に維持されているので、励振されたＳＡＷのＱ値の低下をさらに抑制でき、ＳＡＷの検出信号及び検出感度をより効果的に高めることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るセンサによれば、ＳＡＷの信号強度及び検出感度を向上することができると共に、長期に亘って高い作動信頼性を確保することができ、且つシンプルな構成で製造容易化及び低コスト化を図り易い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す図であって、空気圧センサを利用したタイヤの空気圧を監視するシステムの構成図である。
【図２】図１に示す空気圧センサの外観斜視図である。
【図３】図１に示す空気圧センサの分解斜視図である。
【図４】図３に示す圧電性基板の平面図である。
【図５】図３に示すＡ−Ａ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図６】図２に示す空気圧センサの作動原理を説明するための図である。
【図７】図２に示す空気圧センサの作動原理を説明するための図であって、励振されたＳＡＷの送信バースト波と受信された反射受信波との関係を示した図である。
【図８】図２に示す空気圧センサを製造する際の一工程図であって、圧電性基板の元となる圧電性基板用ウエハと、封止基板の元となる封止基板用ウエハと、を接合する直前の状態を示す図である。
【図９】図２に示す空気圧センサを製造する際の一工程図であって、圧電性基板用ウエハにＩＤＴや反射器等を形成した状態を示す図である。
【図１０】図２に示す空気圧センサを製造する際の一工程図であって、封止基板用ウエハにキャビティ用の凹部及び貫通孔を形成した状態を示す図である。
【図１１】図１０に示す状態の後、接合膜及び接続膜を形成した状態を示す図である。
【図１２】本発明に係る第１実施形態の変形例を示す図であって、空気圧センサの外観斜視図である。
【図１３】図１２に示す空気圧センサの分解斜視図である。
【図１４】図１３に示すＢ−Ｂ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図１５】本発明に係る第１実施形態の別の変形例を示す図であって、空気圧センサの外観斜視図である。
【図１６】図１５に示す空気圧センサの分解斜視図である。
【図１７】図１６に示すＣ−Ｃ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図１８】本発明に係る第２実施形態を示す図であって、空気圧センサの外観斜視図である。
【図１９】図１８に示す空気圧センサの分解斜視図である。
【図２０】図１９に示すＤ−Ｄ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図２１】図１８に示す空気圧センサの作動原理を説明するための図である。
【図２２】本発明に係る第２実施形態の変形例を示す図である。
【図２３】本発明に係る第３実施形態を示す図であって、空気圧センサの分解斜視図である。
【図２４】図２３に示すＥ−Ｅ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図２５】図２３に示す空気圧センサの作動原理を説明するための図である。
【図２６】図２３に示す空気圧センサの等価回路を示す図である。
【図２７】本発明に係る第４実施形態を示す図であって、空気圧センサの外観斜視図である。
【図２８】図２７に示すＦ−Ｆ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図２９】図２７に示す圧電性基板の平面図である。
【図３０】図２７に示す空気圧センサを製造する際の一工程図であって、圧電性基板の元となる圧電性基板用ウエハと、封止基板の元となる封止基板用ウエハと、プレート基板の元となるプレート基板用ウエハと、を接合する直前の状態を示す図である。
【図３１】本発明に係る第４実施形態の変形例を示す図である。
【図３２】本発明に係る第４実施形態の別の変形例を示す図である。
【図３３】本発明に係る第４実施形態のさらに別の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明に係るセンサの第１実施形態について説明する。
なお、本実施形態ではセンサの一例として、力学量の１つである圧力を検出する圧力センサを例に挙げて説明する。より詳しくは、自動車のタイヤ内の空気圧を検出する空気圧センサを例に挙げて説明する。
【００２５】
（空気圧センサの構成）
本実施形態の空気圧センサ（センサ）１０は、図１に示すように、空気圧監視モジュール１を構成する一部品とされている。これら空気圧監視モジュール１は、各タイヤＵに取り付けられており、車体Ａ側に取り付けられた空気圧監視本体部２からの指示を受けて、タイヤＵ内の空気圧を検出している。
【００２６】
空気圧監視本体部２は、空気圧監視モジュール１に高周波数の電気信号であるバースト信号Ｓ１を送信すると共に、空気圧監視モジュール１から送信された電気信号である検出信号Ｓ２を受信する送受信器２ａと、該送受信器２ａの作動を制御すると共に、受信した検出信号Ｓ２に基づいてタイヤＵ内の空気圧を算出する本体制御部２ｂと、システム電源部２ｃと、送受信アンテナ２ｄと、を備えている。
【００２７】
上記本体制御部２ｂは、定期的或いは運転者からの入力操作等に応じて上記バースト信号Ｓ１を送るように送受信器２ａを作動させて、空気圧監視モジュール１にタイヤＵ内の空気圧監視を行わせている。また、この本体制御部２ｂは、算出したタイヤＵ内の空気圧を予め決められた基準空気圧と比較し、基準空気圧よりもタイヤＵ内の空気圧が低い場合には、インターフェース部２ｅを介してインジケータパネルに取り付けられた表示ランプＲを点灯させる機能も具備している。
【００２８】
空気圧監視モジュール１は、送受信アンテナ１ａと、該送受信アンテナ１ａを介して前記バースト信号Ｓ１を受信すると共に前記検出信号Ｓ２を送信する送受信器１ｂと、上記空気圧センサ１０と、該空気圧センサ１０の作動を制御するモジュール制御部１ｃと、を備えている。
モジュール制御部１ｃは、送受信器１ｂで受信したバースト信号Ｓ１を空気圧センサ１０に送り、ＳＡＷ（表面弾性波）を励振させると共に、空気圧センサ１０によって電気信号に変換された検出信号Ｓ２を送受信器１ｂから空気圧監視本体部２に送信させる。
【００２９】
上記空気圧センサ１０は、図２から図５に示すように、圧電性基板１１と封止基板１２とがそれぞれの接合膜１４、１５を介して接合され、両基板１１、１２の間に気密封止されたキャビティＣが画成されたパッケージ１３と、圧電性基板１１の一方の面１１ａに形成され、上記キャビティＣ内に配設されたＩＤＴ１６と、封止基板１２に形成され、パッケージ１３外部に露出すると共に引出し電極１７を介してＩＤＴ１６に電気的接続された２つの外部接続電極１８と、を備えた表面実装型のデバイスである。
そして、この空気圧センサ１０は、空気圧監視モジュール１の図示しない回路基板上に外部接続電極１８を下側に向けた状態（図２参照）で表面実装されている。
【００３０】
圧電性基板１１は、例えば水晶や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）や、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）や、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる平面視矩形状の基板とされている。なお、以下、単に長手方向、短手方向という場合があるが、圧電性基板１１の長手方向、短手方向を指す。
圧電性基板１１の一方の面１１ａ（封止基板１２に対する接合面）には、上記した接合膜１４及びＩＤＴ１６と、反射器１９と、がそれぞれ導電性材料のパターニングによって形成されている。即ち、本実施形態の空気圧センサ１０は、反射器１９を利用した遅延線型のパッシブセンサとされている。
【００３１】
なお、導電性材料としては、例えばクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）やチタン（Ｔｉ）等の金属膜であり、単層膜でも積層膜でも構わない。
【００３２】
一方、圧電性基板１１の他方の面（上述した一方の面１１ａとは反対側の面）１１ｂには、長手方向の中央部において凹部２０が形成されており、該凹部２０によって圧電性基板１１の厚みが他の部分よりも薄肉とされた部分が形成されている。この薄肉部分は、パッケージ１３外部から作用するタイヤＵ内の空気圧変化に応じてダイヤフラムの如く変位する変位部２１として機能している。また、凹部２０の内側は、この変位部２１を圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側に露出させる開放部Ｅとして機能している。
【００３３】
上記接合膜１４は、圧電性基板１１の一方の面１１ａ上において、ＩＤＴ１６及び反射器１９の周囲を囲むように圧電性基板１１の周縁に沿って枠状に形成されている。
ＩＤＴ１６は、圧電性基板１１による圧電効果を利用して、ＳＡＷを励振及び受信するための電極であって、ＳＡＷの伝播方向である長手方向に沿って配設された第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６を備えている。
【００３４】
第１の櫛歯電極２５は、圧電性基板１１の長手方向一方側に配置されたマウント部２５ａと、マウント部２５ａに接続され、長手方向他方側に向かって延びたバスバー２５ｂと、バスバー２５ｂに接続され、短手方向に延びた複数の電極指２５ｃと、を備えている。
同様に第２の櫛歯電極２６は、圧電性基板１１の長手方向他方側に配置されたマウント部２６ａと、マウント部２６ａに接続され、長手方向一方側に向かって延びたバスバー２６ｂと、バスバー２６ｂに接続され、短手方向に延びた複数の電極指２６ｃと、を備えている。また、マウント部２５ａ、マウント部２６ａは、圧電性基板１１と封止基板１２との接合部に形成されている。
【００３５】
第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のそれぞれの電極指２５ｃ、２６ｃは、互いに間挿し合うように配置されている。具体的には、両電極指２５ｃ、２６ｃは、圧電性基板１１の長手方向に沿って一定の間隔を開けながら交互に並ぶように配置されている。その際、両電極指２５ｃ、２６ｃは中心間距離が間隔ｄ（図４参照）となるように配置されている。
これにより、ＩＤＴ１６によって励振されるＳＡＷの励振周波数Ｆは、Ｖ（圧電性基板１１によって決定される伝播速度）／Ｐ（ＩＤＴ１６の周期２ｄ）で規定される。
【００３６】
反射器１９は、圧電性基板１１の変位部２１を挟んで２つの電極指２５ｃ、２６ｃと長手方向に向かい合うように、第２の櫛歯電極２６のマウント部２６ａに対して隣接配置されている。
【００３７】
封止基板１２は、例えばガラスやシリコン、又は圧電性基板１１と同じ圧電材等からなる基板であり、圧電性基板１１に対して重ね合わせ可能なサイズの平面視矩形状に形成されている。この封止基板１２の一方の面（圧電性基板１１に対する接合面）１２ａには、上述したキャビティＣを画成させるためのキャビティ用の凹部３０が形成されている。
この凹部３０は、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のうちの各電極指２５ｃ、２６ｃ及び各バスバー２５ｂ、２６ｂと、反射器１９と、がキャビティＣ内に収納されるようにそのサイズが決定されている。
【００３８】
さらに封止基板１２の一方の面１２ａには、上記接合膜１５と２つの接続膜３１（図５参照）とがそれぞれ導電性材料のパターニングによって形成されている。一方、封止基板１２の他方の面（一方の面１２ａとは反対側の面）１２ｂには、上述した２つの外部接続電極１８が導電性材料のパターニングによって形成されている。
【００３９】
接合膜１５は、封止基板１２の周縁に沿って枠状に形成されており、圧電性基板１１側の接合膜１４に対して強固に接合されている。接続膜３１は、封止基板１２の一方の面１２ａ上において、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のマウント部２５ａ、２６ａに対してそれぞれ向かい合う部分に形成されており、両マウント部２５ａ、２６ａに対してそれぞれ強固に接合されている。これらのことにより、キャビティＣ内の気密が確実なものとされている。
【００４０】
ところで、封止基板１２には、図５に示すように、該封止基板１２を厚み方向に貫通する貫通孔３２が形成されている。これら貫通孔３２は、接続膜３１が形成される部分に開口が開くように形成されている。そして、これら貫通孔３２の内周面には、導電性材料の被膜によって貫通電極３３が形成されており、２つの接続膜３１に対してそれぞれ導通している。
【００４１】
外部接続電極１８は、上記した貫通電極３３にそれぞれ導通するように封止基板１２の他方の面１２ｂ上に形成されている。そのため、一方の外部接続電極１８は、貫通電極３３及び接続膜３１を介して第１の櫛歯電極２５に導通しており、他方の外部接続電極１８は、貫通電極３３及び接続膜３１を介して第２の櫛歯電極２６に導通している。
なお、第２の櫛歯電極２６は、他方の外部接続電極１８を介して接地されている。また、上述した接続膜３１及び貫通電極３３は、引出し電極１７として機能している。
【００４２】
（空気圧センサ１０の作動）
次に、上記のように構成された空気圧センサ１０を利用してタイヤＵ内の空気圧を検出すると共に、検出したタイヤＵ内の空気圧が正常値であるか否かを監視する場合について説明する。
まず、エンジン始動等により車体Ａに電力が供給されると、車体Ａ側に取り付けられている空気圧監視本体部２のシステム電源部２ｃがＯＮになり、本体制御部２ｂが作動する。すると、本体制御部２ｂは、図１に示すように、送受信器２ａを作動させて各タイヤＵに取り付けられた空気圧監視モジュール１に向けてバースト信号Ｓ１を送信させる。
【００４３】
空気圧監視モジュール１のモジュール制御部１ｃは、送受信器１ｂを介してこのバースト信号Ｓ１を受信すると、該バースト信号Ｓ１を空気圧センサ１０に送りＳＡＷを励振させる。具体的には、空気圧センサ１０の２つの外部接続電極１８を介して、ＩＤＴ１６を構成する第１の櫛歯電極２５の電極指２５ｃと第２の櫛歯電極２６の電極指２６ｃとの間にバースト信号Ｓ１を印加する。
【００４４】
すると、両電極指２５ｃ、２６ｃ間に電界が発生し、圧電効果によりＳＡＷが励振される。ＩＤＴ１６によって励振されたこのＳＡＷは、図６に示すように送信バースト波Ｗ１として圧電性基板１１の一方の面１１ａ上を反射器１９に向かって伝播する。するとこの伝播したＳＡＷは、反射器１９によって反射された後、再度ＩＤＴ１６に向かって伝播し、受信反射波Ｗ２としてＩＤＴ１６にて受信される。ＩＤＴ１６は、ＳＡＷを受信すると、該ＳＡＷを検出信号Ｓ２に電気信号変換した後、モジュール制御部１ｃに送る。モジュール制御部１ｃは、図１に示すように、この送られてきた検出信号Ｓ２を、送受信器１ｂを介して空気圧監視本体部２に送信させる。
【００４５】
ところで、空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂは、この間図７に示すように励振によって発生したＳＡＷが送信バースト波Ｗ１として送信されてから、受信反射波Ｗ２として受信されるまでの遅延時間Ｔをモニタしている。
【００４６】
ここで、例えば走行中等においてタイヤＵ内の空気圧が低下すると、図６に示すように、凹部２０によって外部に露出している圧電性基板１１の変位部２１が圧力低下に応じて変位する。そのため、圧電性基板１１の一方の面１１ａ上を伝播するＳＡＷの伝播長Ｌが変化する（図示の場合は伝播長Ｌが長くなる）ので、ＳＡＷの伝播特性の１つである上記した遅延時間Ｔが変化（図示の場合は伝播時間Ｔが長くなる）する。
【００４７】
これにより、空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂは、遅延時間Ｔの変化に基づいてタイヤＵ内の空気圧の変化量を算出し、例えば予め設定されているタイヤＵ内の設定空気圧と上記変化量とから現在のタイヤＵ内の空気圧を算出することができる。
そして、本体制御部２ｂは、算出した現在のタイヤＵ内の空気圧を基準空気圧と比較する。比較した結果、タイヤＵ内の現在の空気圧が基準空気圧よりも低い場合には、インターフェース部２ｅを介して表示ランプＲを点灯させる。その結果、運転者はタイヤＵ内の空気圧が低下していることを速やかに視覚によって把握することができ、適切な対処を直ちに行うことができる。
【００４８】
特に、本実施形態の空気圧センサ１０によれば、ＳＡＷの伝播面とされている圧電性基板１１の一方の面１１ａ及びＩＤＴ１６が、パッケージ１３のキャビティＣ内に気密封止されているので、外部からの影響を受け難い構造とされている。しかも、他方の面１１ｂ側から作用した圧力変化によって圧電性基板１１の変位部２１が変位する構造とされているので、圧電性基板１１の一方の面１１ａ及びＩＤＴ１６が従来のように押圧力等の物理的な力を直接的に受けることがない。
これらのことにより、励振されたＳＡＷのＱ値の低下を抑制することができ、一定のＱ値を確保してＳＡＷの信号強度及び検出感度を共に向上することができるうえ、長期的な作動信頼性を確保することができる。また、従来のようにパッケージ１３に突出部を設ける等の複雑な構成が不要であり、構成のシンプル化を図ることができる。従って、製造容易化及び低コスト化を図り易い。
【００４９】
更に、本実施形態の空気圧センサ１０では、外部接続電極１８が封止基板１２側に形成されており、外部接続電極１８を下側にして回路基板に表面実装することが可能とされている。そのため、圧電性基板１１の変位部２１を基板回路とは反対側の上側に向けることができる。従って、タイヤＵ内の空気圧変化を回路基板に邪魔されることなく、変位部２１に対してよりダイレクトに作用させることができ、検出精度を高め易い。
また、圧電性基板１１に凹部２０を形成するだけの簡略な構成で圧電性基板１１の変位部２１を他方の面１１ｂ側に露出させることができるので、空気圧センサ１０のシンプル化及び製造容易化を図ることができる。
【００５０】
加えて、本実施形態の空気圧センサ１０は、バースト信号Ｓ１を受けることで作動し、ＳＡＷを励振させるパッシブ型（受動型）のセンサであるので、該空気圧センサ１０を作動させるための電源部が不要である。従って、この空気圧センサ１０を具備する空気圧監視モジュール１の構成の簡略化を図り易い。
【００５１】
なお、上記本実施形態では、空気圧監視モジュール１が、送受信アンテナ１ａ、送受信器１ｂ、モジュール制御部１ｃ及び空気圧センサ１０を具備していたが、空気圧センサ１０がパッシブ型のセンサであるので、この場合には送受信器１ｂ及びモジュール制御部１ｃは必須な構成ではなく、具備していなくても構わない。
この場合であっても、空気圧監視本体部２から送られてきたバースト信号Ｓ１を送受信アンテナ１ａで受信し、空気圧センサ１０のＩＤＴ１６に印加してＳＡＷを励振させることができると共に、ＩＤＴ１６で電気信号変換された検出信号Ｓ２を送受信アンテナ１ａを介して空気圧監視本体部２に送信することが可能である。
【００５２】
（空気圧センサの製造）
次に、上述した空気圧センサ１０の製造方法の一例について簡単に説明する。
ここでは、図８に示すように、圧電性基板用ウエハ４０と封止基板用ウエハ４１とを利用して、空気圧センサ１０を一度に複数製造する場合を例に挙げて説明する。
【００５３】
はじめに、圧電性基板用ウエハ４０を、接合を行う直前の状態まで作製する工程を行う。
まず、図９に示すように、圧電性基板用ウエハ４０の他方の面１１ｂに、加熱プレス成形やエッチング等により行列方向に凹部２０を複数形成する工程を行う。これにより、圧電性基板用ウエハ４０には、ダイヤフラムの如く変位する変位部２１が複数形成される。次いで、圧電性基板用ウエハ４０の一方の面１１ａに導電性材料をパターニングして接合膜１４を形成すると共にＩＤＴ１６及び反射器１９をそれぞれ複数形成する工程を行う。
【００５４】
これにより、図８に示すように、製造する空気圧センサ１０の数に応じて、ＩＤＴ１６、反射器１９及び変位部２１がそれぞれ複数形成された圧電性基板用ウエハ４０を得ることができる。
なお、図８及び図９に示す点線Ｍは、後に圧電性基板用ウエハ４０を切断する切断線を図示している。
【００５５】
次に、上記工程と同時に或いは前後のタイミングで封止基板用ウエハ４１を、接合を行う直前の状態まで作製する工程を行う。
まず、図１０に示すように、封止基板用ウエハ４１の一方の面１２ａに、加熱プレス成形やエッチング等により行列方向にキャビティ用の凹部３０を複数形成すると共に、封止基板用ウエハ４１を貫通する貫通孔３２を複数形成する工程を行う。次いで、複数の貫通孔３２の内周面に導電性材料を被膜させて貫通電極３３を複数形成すると共に、封止基板用ウエハ４１の一方の面１２ａに導電性材料をパターニングして、図１１に示すように接合膜１５を形成すると共に、接続膜３１をそれぞれ複数形成する工程を行う。
なお、図１０及び図１１に示す点線Ｍは、後に封止基板用ウエハ４１を切断する切断線を図示している。
【００５６】
続いて、圧電性基板用ウエハ４０と、封止基板用ウエハ４１と、を互いに重ね合わせて接合する工程を行う。具体的には、図示しない基準マーク等を指標としながら両ウエハ４０、４１を正しい位置にアライメントした後、図８に示すように、圧電性基板用ウエハ４０の一方の面１１ａと、封止基板用ウエハ４１の一方の面１２ａと、を互いに重ね合わせると同時にそれぞれの接合膜１４、１５を利用して接合する。
なお、この際の接合方法としては、半田接合や熱圧着接合や陽極接合等、既に知られている周知な接合方法を採用すれば良い。
【００５７】
この接合によって、圧電性基板用ウエハ４０と封止基板用ウエハ４１とが一体的に接合されたウエハ体４２を得ることができると共に、両ウエハ４０、４１の間に気密封止されたキャビティＣが複数形成される。また、圧電性基板用ウエハ４０の一方の面１１ａに形成されたＩＤＴ１６及び反射器１９が、この気密封止されたキャビティＣ内に収容された状態となる。
【００５８】
次いで、上述した接合が終了した後、封止基板用ウエハ４１の他方の面１２ｂに導電性材料をパターニングして、貫通電極３３にそれぞれ電気的に接続された外部接続電極１８を複数形成する工程を行う。
そして最後に、接合されたウエハ体４２を図８に示す切断線Ｍに沿って切断して小片化する工程を行う。その結果、図２に示す空気圧センサ１０を一度に複数製造することができる。
【００５９】
上述したように、上記製造方法によれば、圧電性基板用ウエハ４０及び封止基板用ウエハ４１に対して、例えば突出部を設ける等の複雑な形成工程を何ら行う必要がなく、効率良く空気圧センサ１０を製造することが可能である。従って、生産性を高めることができると共に低コスト化を図り易い。
【００６０】
ところで、上記第１実施形態では、ＳＡＷの伝播特性変化の１つである遅延時間Ｔの変化に基づいてタイヤＵ内の空気圧を検出したが、ＳＡＷの送信バースト波Ｗ１及び受信反射波Ｗ２の位相差の変化をモニタすることで空気圧を検出しても構わない。
特に、ＳＡＷの受信反射波Ｗ２に関しては、ピーク位置が明瞭に現れ難いため受信反射波Ｗ２の受信時間を正確に把握できない場合も考えられる。このような場合には、遅延時間Ｔの変化ではなく位相差の変化をモニタすることで、空気圧の検出をより高精度に行うことができるものと考えられるので有効である。
【００６１】
また、上記第１実施形態において、キャビティＣ内を真空にした状態で気密封止することが好ましい。こうすることで、励振されたＳＡＷのＱ値の低下をさらに抑制することができ、ＳＡＷの検出信号Ｓ２及び検出感度をより効果的に高めることができる。
【００６２】
なお、上記第１実施形態では、封止基板１２を１枚構造としたが、図１２から図１４に示すように２枚の基板で構成しても構わない。
この場合の空気圧センサ５０は、圧電性基板１１の一方の面１１ａに、第１封止基板５２と第２封止基板５３とからなる封止基板１２が接合されている。封止基板５１は、第２封止基板５３を圧電性基板１１の一方の面１１ａに重ね合わせた状態で接合されている。また、第１封止基板５２と第２封止基板５３とは、それぞれの接合膜５５を介して強固に接合されている。
【００６３】
第２封止基板５３は、第１封止基板５２よりも厚みを有する基板とされており、中央部分にはキャビティ用の開口部５３ａが形成されている。そのため、第２封止基板５３は、枠状に形成されている。これに対して、第１封止基板５２は板状に形成されており、第２封止基板５３の開口部５３ａの一方側を塞いでいる。そして、第２封止基板５３の開口部５３ａの内側と第１封止基板５２とで画成された空間が、キャビティＣとして機能する。
【００６４】
なお、この場合では、貫通孔３２は第１封止基板５２及び第２封止基板５３を通して形成されている。また、第１封止基板５２及び第２封止基板５３には、中間接続膜５６が互いの接合面にそれぞれ形成されている。これら両中間接続膜５６は、強固に接合していると共に引出し電極１７の一部として機能している。
【００６５】
このように構成された空気圧センサ５０によれば、第１封止基板５２と第２封止基板５３とを接合するだけで、キャビティＣを容易且つ精度良く形成することができるので、キャビティ用の凹部３０を形成する場合よりも製造の容易化を図ることができる。なお、それ以外については、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏効することができる。
【００６６】
また、上記第１実施形態では、圧電性基板１１と封止基板１２との２枚の基板でパッケージ１３を構成したが、図１５から図１７に示すように、圧電性基板１１と封止基板１２とプレート基板６１との３枚の基板でパッケージ１３を構成した空気圧センサ６０としても構わない。
【００６７】
この場合、プレート基板６１は、圧電性基板１１を封止基板１２との間で挟み込むように、圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側にそれぞれの接合膜６２を介して強固に接合されている。また、プレート基板６１は、圧電性基板１１よりも厚みを有する基板とされており、中央部分には開口部６１ａが形成されている。そのため、圧電性基板１１の変位部２１は、この開口部６１ａを介して圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側に露出されている。
なお、プレート基板６１の開口部６１ａの内側は、変位部２１を露出させる開放部Ｅとして機能している。
【００６８】
このように構成された空気圧センサ６０によれば、封止基板１２とプレート基板６１とが圧電性基板１１を間に挟み込むようにして接合されているので、３枚の基板を互いに接合する際に、反り等の不正変形が圧電性基板１１に生じ難い。そのため、圧電性基板１１の一方の面１１ａ上を伝播するＳＡＷの伝播長Ｌを予め決められた長さに確実に設定することができると共に、凹凸を極力抑えた平坦面にすることができる。そのため、検出精度をより高め易い。
また、プレート基板６１に開口部６１ａを形成するだけの簡略な構成で開放部Ｅを形成でき、圧電性基板１１に凹部２０を形成する場合よりも変位部２１を圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側に容易に露出させ易い。従って、さらなる製造の容易化を図ることができる。なお、それ以外については、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏効することができる。
【００６９】
なお、プレート基板６１を利用する場合には、封止基板１２と同一材料でプレート基板６１を形成することが好ましい。例えば、封止基板１２及びプレート基板６１を共にガラス基板とすることが好ましい。
こうすることで、接合時に例えば熱圧着等、熱を加えながら接合を行ったとしても、封止基板１２及びプレート基板６１の熱膨張係数が同じであるので、両基板１２、６１の熱膨張の違いに起因する反りが圧電性基板１１に影響することがない。従って、接合方法のバリエーションを増やすことができると共に、熱を加えながら接合をより強固に行ってキャビティＣ内の気密封止をより確実なものにすることができる。従って、作動信頼性をさらに高めることができると共に、より高品質なセンサとすることができる。
また、封止基板１２、プレート基板６１および圧電性基板１１が、同一材料で形成されていても良い。
こうすることで、圧電性基板１１、封止基板１２及びプレート基板６１が同一材料で形成されているので、接合時に例えば熱圧着等、熱を加えながら接合を行ったとしても、封止基板１２、プレート基板６１、圧電性基板１１の熱膨張係数が同じであるので各基板の熱膨張の違いに起因する熱残留応力が圧電性基板に影響することがない。従って、接合方法のバリエーションを増やすことができると共に、熱を加えながら接合をより強固に行ってキャビティ内の気密封止をより確実なものにすることができる。これにより、作動信頼性をさらに高めることができ、より高品質なセンサとすることができる。
【００７０】
〔第２実施形態〕
次に、本発明に係るセンサの第２実施形態について説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では反射器１９を利用した遅延線型のパッシブセンサとしたが、第２実施形態では４端子（４つの外部接続電極１８）を具備する遅延線型のセンサとされている点である。
【００７１】
本実施形態の空気圧センサ７０は、図１８から図２０に示すように、圧電性基板１１の一方の面１１ａに、ＳＡＷを励振させるための入力用ＩＤＴ７２と、一方の面１１ａ上を伝播してきたＳＡＷを受信するための出力用ＩＤＴ７３と、からなるＩＤＴ７１が形成されている。
【００７２】
入力用ＩＤＴ７２は、圧電性基板１１の長手方向一方側に配置され、圧電性基板１１の短手方向に並んだ第１の櫛歯電極７４及び第２の櫛歯電極７５を具備している。これら第１の櫛歯電極７４及び第２の櫛歯電極７５は、それぞれマウント部７４ａ、７５ａと、マウント部７４ａ、７５ａに接続されたバスバー７４ｂ、７５ｂと、バスバー７４ｂ、７５ｂに接続され、互いに間挿し合うように配置された複数の電極指７４ｃ、７５ｃと、を備えている。
【００７３】
出力用ＩＤＴ７３は、圧電性基板１１の変位部２１を挟んで上記入力用ＩＤＴ７２と長手方向に向かい合うように、圧電性基板１１の長手方向他方側に配置され、圧電性基板１１の短手方向に並んだ第１の櫛歯電極７６及び第２の櫛歯電極７７を具備している。これら第１の櫛歯電極７６及び第２の櫛歯電極７７は、それぞれマウント部７６ａ、７７ａと、マウント部７６ａ、７７ａに接続されたバスバー７６ｂ、７７ｂと、バスバー７６ｂ、７７ｂに接続され、互いに間挿し合うように配置された複数の電極指７６ｃ、７７ｃと、を備えている。
【００７４】
本実施形態の封止基板１２は、一方の面１２ａに接合膜１５と４つの接続膜３１とがそれぞれ形成されており、他方の面１２上に４つの外部接続電極１８が形成されている。
接続膜３１は、封止基板１２の一方の面１２ａ上において、入力用ＩＤＴ７２の２つのマウント部７４ａ、７５ａと、出力用ＩＤＴ７３の２つのマウント部７６ａ、７７ａと、に対してそれぞれ向かい合う部分に形成されており、各マウント部７４ａ、７５ａ、７６ａ、７７ａに対してそれぞれ強固に接合されている。
【００７５】
また、封止基板１２には、４つの接続膜３１が形成される部分に開口がそれぞれ開くように４つの貫通孔３２が形成されており、これら貫通孔３２の内周面に貫通電極３３が形成されている。そして、４つの外部接続電極１８は、各貫通電極３３にそれぞれ導通するように封止基板１２の他方の面１２ｂ上に形成されている。
なお、入力用ＩＤＴ７２及び出力用ＩＤＴ７３の第２の櫛歯電極７５、７７は、外部接続電極１８を介して接地されている（図２１参照）。
【００７６】
このように構成された空気圧センサ７０を作動させる場合には、図２１に示すように、まず入力用ＩＤＴ７２を構成する第１の櫛歯電極７４の電極指７４ｃと第２の櫛歯電極７５の電極指７５ｃとの間にバースト信号Ｓ１を印加する。これにより、両電極指７４ｃ、７５ｃ間に電界を発生させることができ、圧電効果によりＳＡＷを励振させることができる。そして、入力用ＩＤＴ７２によって励振されたこのＳＡＷは、圧電性基板１１の一方の面１１ａ上を伝播した後、出力用ＩＤＴ７３にて受信されて検出信号Ｓ２に変換される。
【００７７】
ここで、タイヤＵ内の空気圧が低下によって圧電性基板１１の変位部２１が変位すると、それによりＳＡＷの伝播長Ｌが変化するのでＳＡＷの遅延時間Ｔが変化する。これにより、遅延時間Ｔをモニタしている空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂは、遅延時間Ｔの変化に基づいて現在のタイヤＵ内の空気圧を算出することができる。
【００７８】
上述したように、本実施形態の空気圧センサ７０であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏効することができる。
なお、本実施形態の場合であっても、遅延時間Ｔの変化に基づいてタイヤＵ内の空気圧を検出するのではなく、ＳＡＷの送信時と受信時とによる位相差の変化をモニタすることで空気圧を検出するように構成しても構わない。
【００７９】
更に、本実施形態の場合において、図２２に示すように、入力用ＩＤＴ７２及び出力用ＩＤＴ７３に、増幅器７８を具備する発振回路７９を組み合わせることで、遅延線型の発振回路方式としたセンサとすることができる。
この場合には、タイヤＵ内の空気圧の変化がＳＡＷの発振周波数の変化となって出力される。そのため、この発振周波数の変化に基づいて圧力を検出できるように、空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂを構成しておけば良い。特に、発振周波数の変化に基づいて空気圧を検出する場合には、高い分解能を期待できる。
【００８０】
〔第３実施形態〕
次に、本発明に係るセンサの第３実施形態について説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では反射器１９を利用した遅延線型のパッシブセンサとしたが、第３実施形態では共振子型のセンサとされている点である。
【００８１】
本実施形態の空気圧センサ８０は、図２３及び図２４に示すように、ＩＤＴ１６を構成する第１の櫛歯電極２５及び第２櫛歯電極２６の電極指２５ｃ、２６ｃが、圧電性基板１１の一方の面１１ａにおける２つのマウント部２５ａ、２６ａ間の全面に亘ってそれぞれ形成されている。また、図２５に示すように、ＩＤＴ１６には反転増幅器８１を具備する発振回路（ＬＣ型発振回路）８２が組み合わされている。
なお、本実施形態の空気圧センサ８０の等価回路は、図２６に示すように水晶振動子と同じ等価回路となるものである。図中において、Ｃｏは並列容量、Ｌ１は等価直列インダクタンス、Ｃ１は等価直列容量、Ｒ１は等価直列抵抗を示す。
【００８２】
このように構成された空気圧センサ８０の場合には、タイヤＵ内の空気圧の低下によって圧電性基板１１の変位部２１が変位すると、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６の電極指２５ｃ、２６ｃの間隔ｄが変化し、それによりＩＤＴ１６の周期長さが変化する。そのため、ＳＡＷの伝播特性が変化し、タイヤＵ内の空気圧の変化がＳＡＷの発振周波数の変化或いは発振振幅変化となって出力される。
従って、これらの変化に基づいて圧力を検出できるように、空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂを構成することで、タイヤＵ内の空気圧を検出することが可能である。このように本実施形態の場合であっても、タイヤＵ内の空気圧を精度良く検出することができる。
【００８３】
〔第４実施形態〕
次に、本発明に係るセンサの第４実施形態について説明する。なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では外部接続電極１８が封止基板１２側に形成されていたが、第４実施形態では圧電性基板１１側に形成されている点である。それに加え、第１実施形態では、圧電性基板１１と封止基板１２との２枚の基板でパッケージ１３を構成したが、第４実施形態では、３枚の基板でパッケージ１３を構成している点が異なる。
【００８４】
本実施形態の空気圧センサ９０は、図２７から図２９に示すように、圧電性基板１１と封止基板１２とプレート基板９１とでパッケージ１３が構成されている。
プレート基板９１は、圧電性基板１１を封止基板１２との間で挟み込むように、圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側にそれぞれの接合膜９２を介して接合されている。また、プレート基板９１は、圧電性基板１１よりも厚みを有する基板とされており、長手方向の中央部に開口部９１ａが形成されている。そのためプレート基板９１は、途中が分断されて、圧電性基板１１の長手方向の両端部分にのみ接合された状態となっている。また、圧電性基板１１の変位部２１は、プレート基板９１の開口部９１ａを介して該圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側に露出されている。従って、プレート基板９１の開口部９１ａの内側は、変位部２１を露出させる開放部Ｅとして機能している。
【００８５】
ところで、本実施形態の圧電性基板１１には、該圧電性基板１１を厚み方向に貫通する貫通孔３２が形成されている。これら貫通孔３２は、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のマウント部２５ａ、２６ａが形成される部分に開口が開くように形成されている。そして、これら貫通孔３２の内周面に貫通電極３３が形成されており、２つのマウント部２５ａ、２６ａに対してそれぞれ導通している。さらにこれら貫通電極３３は、圧電性基板１１とプレート基板９１とを接合している上記接合膜９２に対しても導通している。
【００８６】
外部接続電極１８は、プレート基板９１の他方の面９１ｂに形成されている。また、プレート基板９１の側面には、側面電極膜９３が形成されており、プレート基板９１に形成された上記接合膜９２と、外部接続電極１８とを互いに導通させている。
そのため、一方の外部接続電極１８は、側面電極膜９３、接合膜９２及び貫通電極３３を介して第１の櫛歯電極２５に導通しており、他方の外部接続電極１８は、側面電極膜９３、接合膜９２及び貫通電極３３を介して第２の櫛歯電極２６に導通している。
なお、第２の櫛歯電極２６は、他方の外部接続電極１８を介して接地されている。また、上述した接合膜９２、貫通電極３３及び側面電極膜９３は、引出し電極１７として機能している。
【００８７】
このように構成された空気圧センサ９０であっても、第１実施形態と同様の動作によりタイヤＵ内の空気圧を検出することができると共に、同様の作用効果を奏効することができる。
但し、外部接続電極１８を下側にして図示しない回路基板上に空気圧センサ９０を表面実装した際、変位部２１が回路基板側を向くので、第１実施形態の構成の方がより好ましい。
【００８８】
なお、本実施形態の空気圧センサ９０の製造方法の一例について簡単に説明する。
ここでは、図３０に示すように、圧電性基板用ウエハ１００と封止基板用ウエハ１０１とプレート基板用ウエハ１０２とを利用して、空気圧センサ９０を一度に複数製造する場合を例に挙げて説明する。
【００８９】
はじめに、圧電性基板用ウエハ１００を、接合を行う直前の状態まで作製する工程を行う。
即ち、圧電性基板用ウエハ１００に貫通孔３２及び貫通電極３３をそれぞれ複数形成した後、圧電性基板用ウエハ１００の一方の面１１ａに接合膜１４を形成すると共に、ＩＤＴ１６及び反射器１９をそれぞれ複数形成する。また、圧電性基板用ウエハ１００の他方の面１１ｂに接合膜９２を形成する。これにより、図３０に示す圧電性基板用ウエハ１００を得ることができる。
【００９０】
次いで、上記工程と同時或いは前後のタイミングで封止基板用ウエハ１０１を、接合を行う直前の状態まで作製する工程を行う。即ち、封止基板用ウエハ１０１の一方の面１２ａに、加熱プレス成形やエッチング等により行列方向にキャビティ用の凹部３０を複数形成すると共に、接合膜１５を形成する。
【００９１】
次いで、上記工程と同時或いは前後のタイミングでプレート基板用ウエハ１０２を、接合を行う前の状態まで作製する工程を行う。即ち、後に開口部９１ａとなる切欠部１０３ａを、基板表面に平行なＹ方向に沿って延びるように形成すると共に、該Ｙ方向に直交するＸ方向に沿って一定の間隔を開けて並列に並ぶように複数形成する。そして、プレート基板用ウエハ１０２の接合面に接合膜９２を形成すると共に、プレート基板用ウエハ１０２の他方の面９１ｂに外部接続電極１８を形成し、さらに切欠部１０３ａの側面に側面電極膜９３を形成して接合膜９２と外部接続電極１８とを導通させておく。
【００９２】
次いで、圧電性基板用ウエハ１００と、封止基板用ウエハ１０１と、プレート基板用ウエハ１０２と、を互いに重ね合わせて接合する工程を行う。これにより、３枚のウエハ１００、１０１、１０２が一体的に接合されたウエハ体１０３を得ることができる。
そして最後に、接合されたウエハ体１０３を図３０に示す切断線Ｍに沿って切断して小片化する工程を行う。その結果、図２７に示す空気圧センサ９０を一度に複数製造することができる。
【００９３】
なお、上記第４実施形態において、図３１に示すように、プレート基板９１に貫通孔３２を形成し、該貫通孔３２の内周面にさらに貫通電極３３を形成しても構わない。こうすることで、プレート基板９１の側面に形成されていた側面電極膜９３を省くことができ、２つの貫通電極３３を通じて外部接続電極１８とＩＤＴ１６とを互いに導通させることができる。
特に、このように構成した場合には、空気圧センサ９０を表面実装した際に、側面電極膜９３が形成されていない分、電気的ショートが発生する可能性を低減できるのでより好ましい。
【００９４】
なお、上記第４実施形態のように圧電性基板１１に貫通電極３３を形成した場合であっても、反射器１９を利用した遅延線型のパッシブセンサに限定されるものではない。例えば、図３２に示すように、上述した第２実施形態のごとく、入力用ＩＤＴ７２及び出力用ＩＤＴ７３からなるＩＤＴ７１を利用した遅延線型のセンサとしても構わないし、図３３に示すように、上述した第３実施形態のごとく、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のそれぞれの電極指２５ｃ、２６ｃを広範囲に形成した共振子型のセンサとしても構わない。
【００９５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００９６】
例えば、上述した各実施形態では、本発明に係るセンサを、自動車のタイヤの空気圧を検出する空気圧センサに適用した場合を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、例えば航空機のキャビン内の気圧を測定する気圧センサや、歪センサや荷重センサとしても構わない。
いずれにしても、気圧、圧力や応力等の各種力学量を検出するセンサとして幅広く適用することができる。特に、第１実施形態のようにパッシブ型センサとした場合には、バッテリレス無線センサに適用することが可能である。
【００９７】
また、上記各実施形態では、貫通孔の内周面に導電性材料を被膜することで貫通電極を形成したが、貫通孔内に導電性ペーストを充填した後に固化させることで貫通電極を形成しても構わないし、貫通孔内に導電性の芯材を埋め込むことで貫通電極を形成しても構わない。
更に、貫通孔は、ストレート形状ではなく、例えば断面テーパ状となるように形成しても構わない。この場合には、サンドブラスト等により貫通孔を容易に形成することが可能である。
【符号の説明】
【００９８】
Ｃ…キャビティ
Ｅ…開放部
１０、５０、６０、７０、８０、９０…空気圧センサ（センサ）
１１…圧電性基板
１１ａ…圧電性基板の一方の面
１１ｂ…圧電性基板の他方の面
１２…封止基板
１３…パッケージ
１６、７１…ＩＤＴ
１７…引出し電極
１８…外部接続電極
２０…凹部
２１…変位部
３３…貫通電極
６１、９１…プレート基板
６１ａ、９１ａ…プレート基板の開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷ（表面弾性波：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅｓ）を利用したセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のセンサは、一般的に圧電性基板と、該基板の表面に形成され、圧電効果を利用してＳＡＷを励振、受信可能なＩＤＴ（櫛型電極：Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）と、を備えており、気圧、圧力や応力等に起因する力学量変化をＳＡＷの特性変化として検出することが可能なセンサとして知られている。
【０００３】
上記センサの１つとして、例えば圧力センサが知られている。この圧力センサによれば、センサ外部の圧力が変化すると、その圧力変化が圧電性基板に作用して該圧電性基板が変形する。これにより、圧電性基板の表面（伝播面）を伝播するＳＡＷの伝播長が変化する。そのため、例えばＳＡＷを励振してから受信するまでの遅延時間が変化するので、この遅延時間の変化に基づいて圧力を検知することが可能とされている。
【０００４】
しかしながら、上記従来の圧力センサは、一般的にＩＤＴが形成されている圧電性基板の上記伝播面が外部に露出している構成となっている。そのため、長期的な作動信頼性が低下し易いうえ、励振されたＳＡＷのＱ値が低下し易く、それにより信号強度及び検出感度が低下し易いものであった。
【０００５】
一方、容器と蓋部との間に画成されたキャビティ内に圧電性基板をパッケージングした圧力モニタも知られている（特許文献１参照）。この圧力モニタによれば、圧電性基板の伝播面及びＩＤＴが気密封止されたキャビティ内に配設されるので、上記問題が生じ難い構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３２０５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１に記載の圧力モニタでは、圧力変化によってダイヤフラムとして機能する蓋部を変形させ、この蓋部に形成された突出部により圧電性基板を押圧することで圧電性基板を撓み変形させる構成とされている。
しかしながら、圧力を精度良く検出するには、圧電性基板が応答性良く撓み変形するように該基板との位置関係を考慮しながら蓋部に突出部を精度良く形成する必要がある。そのため、容器及び蓋部からなるパッケージングの構造が複雑化し易いうえ、効率の良い製造が難しくコスト高に繋がり易かった。特に、突出部を圧電性基板に対して直接物理的に押し当てる構造のため、長期的な作動信頼性を確保することが難しいものと考えられる。
【０００８】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、ＳＡＷの信号強度及び検出感度を向上することができると共に、長期に亘って高い作動信頼性を確保することができ、且つシンプルな構成で製造容易化及び低コスト化を図り易いセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
（１）本発明に係るセンサは、圧電性基板と、該圧電性基板の一方の面に接合され、圧電性基板との間に気密封止されたキャビティを画成させる封止基板と、を具備するパッケージと、前記圧電性基板の一方の面に形成され、前記キャビティ内に配設されたＩＤＴと、前記圧電性基板及び前記封止基板のうちの少なくとも一方に形成され、前記パッケージ外部に露出すると共に引出し電極を介して前記ＩＤＴに導通された外部接続電極と、を備え、前記圧電性基板が、前記パッケージ外部から作用する力学量に応じて変位する変位部を有し、前記圧電性基板には、前記変位部を該圧電性基板の他方の面側に露出させる開放部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るセンサによれば、気圧、圧力や応力等に起因してパッケージ外部の力学量が変化すると、開放部によって露出されている圧電性基板の変位部が力学量変化に応じて変位する。そのため、ＩＤＴによって励振され、圧電性基板の一方の面上を伝播するＳＡＷ（表面弾性波）の伝播長が変化し、ＳＡＷの伝播特性が変化する。そのため、引出し電極及び外部接続電極を介して上記ＳＡＷの特性変化をモニタすることで、パッケージ外部の力学量を検出することができる。
【００１１】
特に、ＳＡＷの伝播面とされている圧電性基板の一方の面、及びＩＤＴは、パッケージのキャビティ内に気密封止されているので、外部からの影響を受け難い。しかも、上記一方の面とは反対側の面である他方の面側から作用した力学量によって、圧電性基板の変位部が変位する構造とされているので、圧電性基板の一方の面及びＩＤＴが従来のように押圧力等の物理的な力を直接的に受けることがない。
これらのことにより、励振されたＳＡＷのＱ値の低下を抑制することができ、一定のＱ値を確保してＳＡＷの信号強度及び検出感度を向上することができるうえ、長期的な作動信頼性を確保することができる。また、従来のようにパッケージに突出部を設ける等の複雑な構成が不要であり、構成のシンプル化を図ることができる。従って、製造容易化及び低コスト化を図り易い。
【００１２】
（２）上記本発明に係るセンサにおいて、前記引出し電極が、前記封止基板を厚み方向に貫通すると共に前記ＩＤＴに導通された貫通電極を有し、前記外部接続電極が、前記貫通電極に導通された状態で前記封止基板に形成されていても良い。
【００１３】
この場合には、外部接続電極が封止基板側に形成されており、貫通電極によって封止基板の接合面とは反対側の面に引き出された引出し電極に導通している。そのため、外部接続電極を下側にして例えば回路基板上にセンサを表面実装した際、圧電性基板の変位部を回路基板とは反対側の上側に向けることが可能である。そのため、回路基板に邪魔されずに、変位部に対してパッケージ外部からの力学量をよりダイレクトに作用させることができ、検出精度を高め易い。
【００１４】
（３）上記本発明に係るセンサにおいて、前記圧電性基板の前記他方の面には凹部が形成され、該凹部の内側が前記開放部とされていても良い。
【００１５】
この場合には、圧電性基板に凹部を形成するだけの簡略な構成で変位部を圧電性基板の他方の面側に露出させることができるので、センサの構成のさらなるシンプル化及び製造容易化を図ることができる。
【００１６】
（４）上記本発明に係るセンサにおいて、前記圧電性基板を前記封止基板との間で挟み込むように、該圧電性基板の他方の面側に接合されたプレート基板を備え、前記プレート基板は、前記封止基板と同一材料で形成され、前記プレート基板には、前記変位部を露出させる開口部が形成され、該開口部の内側が前記開放部とされていても良い。
【００１７】
この場合には、同一材料の封止基板とプレート基板とが圧電性基板を間に挟み込むようにして接合されているので、３枚の基板を接合する際に、反り等の不正変形が圧電性基板に生じ難い。そのため、圧電性基板の一方の面を伝播するＳＡＷの伝播長を予め決められた長さに確実に設定することができると共に、凹凸を極力抑えた平坦面にし易い。従って、検出精度をより高めることができる。
また、プレート基板に開口部を形成するだけの簡略な構成で開放部を形成することができるうえ、変位部を圧電性基板の他方の面側に露出させることができる。従って、さらなるセンサの製造容易化を図ることができる。
【００１８】
（５）上記本発明に係るセンサにおいて、前記封止基板、前記プレート基板および前記圧電性基板が、同一材料で形成されていても良い。
【００１９】
この場合には、圧電性基板、封止基板及びプレート基板が同一材料で形成されているので、接合時に例えば熱圧着等、熱を加えながら接合を行ったとしても、封止基板、プレート基板及び圧電性基板の熱膨張係数が同じであるので各基板の熱膨張の違いに起因する熱残留応力が圧電性基板に影響することがない。従って、接合方法のバリエーションを増やすことができると共に、熱を加えながら接合をより強固に行ってキャビティ内の気密封止をより確実なものにすることができる。これにより、作動信頼性をさらに高めることができ、より高品質なセンサとすることができる。
【００２０】
（６）上記本発明に係るセンサにおいて、前記キャビティ内が、真空封止されていても良い。
【００２１】
この場合には、キャビティ内が真空状態に維持されているので、励振されたＳＡＷのＱ値の低下をさらに抑制でき、ＳＡＷの検出信号及び検出感度をより効果的に高めることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るセンサによれば、ＳＡＷの信号強度及び検出感度を向上することができると共に、長期に亘って高い作動信頼性を確保することができ、且つシンプルな構成で製造容易化及び低コスト化を図り易い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す図であって、空気圧センサを利用したタイヤの空気圧を監視するシステムの構成図である。
【図２】図１に示す空気圧センサの外観斜視図である。
【図３】図１に示す空気圧センサの分解斜視図である。
【図４】図３に示す圧電性基板の平面図である。
【図５】図３に示すＡ−Ａ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図６】図２に示す空気圧センサの作動原理を説明するための図である。
【図７】図２に示す空気圧センサの作動原理を説明するための図であって、励振されたＳＡＷの送信バースト波と受信された反射受信波との関係を示した図である。
【図８】図２に示す空気圧センサを製造する際の一工程図であって、圧電性基板の元となる圧電性基板用ウエハと、封止基板の元となる封止基板用ウエハと、を接合する直前の状態を示す図である。
【図９】図２に示す空気圧センサを製造する際の一工程図であって、圧電性基板用ウエハにＩＤＴや反射器等を形成した状態を示す図である。
【図１０】図２に示す空気圧センサを製造する際の一工程図であって、封止基板用ウエハにキャビティ用の凹部及び貫通孔を形成した状態を示す図である。
【図１１】図１０に示す状態の後、接合膜及び接続膜を形成した状態を示す図である。
【図１２】本発明に係る第１実施形態の変形例を示す図であって、空気圧センサの外観斜視図である。
【図１３】図１２に示す空気圧センサの分解斜視図である。
【図１４】図１３に示すＢ−Ｂ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図１５】本発明に係る第１実施形態の別の変形例を示す図であって、空気圧センサの外観斜視図である。
【図１６】図１５に示す空気圧センサの分解斜視図である。
【図１７】図１６に示すＣ−Ｃ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図１８】本発明に係る第２実施形態を示す図であって、空気圧センサの外観斜視図である。
【図１９】図１８に示す空気圧センサの分解斜視図である。
【図２０】図１９に示すＤ−Ｄ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図２１】図１８に示す空気圧センサの作動原理を説明するための図である。
【図２２】本発明に係る第２実施形態の変形例を示す図である。
【図２３】本発明に係る第３実施形態を示す図であって、空気圧センサの分解斜視図である。
【図２４】図２３に示すＥ−Ｅ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図２５】図２３に示す空気圧センサの作動原理を説明するための図である。
【図２６】図２３に示す空気圧センサの等価回路を示す図である。
【図２７】本発明に係る第４実施形態を示す図であって、空気圧センサの外観斜視図である。
【図２８】図２７に示すＦ−Ｆ線に沿った空気圧センサの断面図である。
【図２９】図２７に示す圧電性基板の平面図である。
【図３０】図２７に示す空気圧センサを製造する際の一工程図であって、圧電性基板の元となる圧電性基板用ウエハと、封止基板の元となる封止基板用ウエハと、プレート基板の元となるプレート基板用ウエハと、を接合する直前の状態を示す図である。
【図３１】本発明に係る第４実施形態の変形例を示す図である。
【図３２】本発明に係る第４実施形態の別の変形例を示す図である。
【図３３】本発明に係る第４実施形態のさらに別の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明に係るセンサの第１実施形態について説明する。
なお、本実施形態ではセンサの一例として、力学量の１つである圧力を検出する圧力センサを例に挙げて説明する。より詳しくは、自動車のタイヤ内の空気圧を検出する空気圧センサを例に挙げて説明する。
【００２５】
（空気圧センサの構成）
本実施形態の空気圧センサ（センサ）１０は、図１に示すように、空気圧監視モジュール１を構成する一部品とされている。これら空気圧監視モジュール１は、各タイヤＵに取り付けられており、車体Ａ側に取り付けられた空気圧監視本体部２からの指示を受けて、タイヤＵ内の空気圧を検出している。
【００２６】
空気圧監視本体部２は、空気圧監視モジュール１に高周波数の電気信号であるバースト信号Ｓ１を送信すると共に、空気圧監視モジュール１から送信された電気信号である検出信号Ｓ２を受信する送受信器２ａと、該送受信器２ａの作動を制御すると共に、受信した検出信号Ｓ２に基づいてタイヤＵ内の空気圧を算出する本体制御部２ｂと、システム電源部２ｃと、送受信アンテナ２ｄと、を備えている。
【００２７】
上記本体制御部２ｂは、定期的或いは運転者からの入力操作等に応じて上記バースト信号Ｓ１を送るように送受信器２ａを作動させて、空気圧監視モジュール１にタイヤＵ内の空気圧監視を行わせている。また、この本体制御部２ｂは、算出したタイヤＵ内の空気圧を予め決められた基準空気圧と比較し、基準空気圧よりもタイヤＵ内の空気圧が低い場合には、インターフェース部２ｅを介してインジケータパネルに取り付けられた表示ランプＲを点灯させる機能も具備している。
【００２８】
空気圧監視モジュール１は、送受信アンテナ１ａと、該送受信アンテナ１ａを介して前記バースト信号Ｓ１を受信すると共に前記検出信号Ｓ２を送信する送受信器１ｂと、上記空気圧センサ１０と、該空気圧センサ１０の作動を制御するモジュール制御部１ｃと、を備えている。
モジュール制御部１ｃは、送受信器１ｂで受信したバースト信号Ｓ１を空気圧センサ１０に送り、ＳＡＷ（表面弾性波）を励振させると共に、空気圧センサ１０によって電気信号に変換された検出信号Ｓ２を送受信器１ｂから空気圧監視本体部２に送信させる。
【００２９】
上記空気圧センサ１０は、図２から図５に示すように、圧電性基板１１と封止基板１２とがそれぞれの接合膜１４、１５を介して接合され、両基板１１、１２の間に気密封止されたキャビティＣが画成されたパッケージ１３と、圧電性基板１１の一方の面１１ａに形成され、上記キャビティＣ内に配設されたＩＤＴ１６と、封止基板１２に形成され、パッケージ１３外部に露出すると共に引出し電極１７を介してＩＤＴ１６に電気的接続された２つの外部接続電極１８と、を備えた表面実装型のデバイスである。
そして、この空気圧センサ１０は、空気圧監視モジュール１の図示しない回路基板上に外部接続電極１８を下側に向けた状態（図２参照）で表面実装されている。
【００３０】
圧電性基板１１は、例えば水晶や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）や、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）や、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる平面視矩形状の基板とされている。なお、以下、単に長手方向、短手方向という場合があるが、圧電性基板１１の長手方向、短手方向を指す。
圧電性基板１１の一方の面１１ａ（封止基板１２に対する接合面）には、上記した接合膜１４及びＩＤＴ１６と、反射器１９と、がそれぞれ導電性材料のパターニングによって形成されている。即ち、本実施形態の空気圧センサ１０は、反射器１９を利用した遅延線型のパッシブセンサとされている。
【００３１】
なお、導電性材料としては、例えばクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）やチタン（Ｔｉ）等の金属膜であり、単層膜でも積層膜でも構わない。
【００３２】
一方、圧電性基板１１の他方の面（上述した一方の面１１ａとは反対側の面）１１ｂには、長手方向の中央部において凹部２０が形成されており、該凹部２０によって圧電性基板１１の厚みが他の部分よりも薄肉とされた部分が形成されている。この薄肉部分は、パッケージ１３外部から作用するタイヤＵ内の空気圧変化に応じてダイヤフラムの如く変位する変位部２１として機能している。また、凹部２０の内側は、この変位部２１を圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側に露出させる開放部Ｅとして機能している。
【００３３】
上記接合膜１４は、圧電性基板１１の一方の面１１ａ上において、ＩＤＴ１６及び反射器１９の周囲を囲むように圧電性基板１１の周縁に沿って枠状に形成されている。
ＩＤＴ１６は、圧電性基板１１による圧電効果を利用して、ＳＡＷを励振及び受信するための電極であって、ＳＡＷの伝播方向である長手方向に沿って配設された第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６を備えている。
【００３４】
第１の櫛歯電極２５は、圧電性基板１１の長手方向一方側に配置されたマウント部２５ａと、マウント部２５ａに接続され、長手方向他方側に向かって延びたバスバー２５ｂと、バスバー２５ｂに接続され、短手方向に延びた複数の電極指２５ｃと、を備えている。
同様に第２の櫛歯電極２６は、圧電性基板１１の長手方向他方側に配置されたマウント部２６ａと、マウント部２６ａに接続され、長手方向一方側に向かって延びたバスバー２６ｂと、バスバー２６ｂに接続され、短手方向に延びた複数の電極指２６ｃと、を備えている。また、マウント部２５ａ、マウント部２６ａは、圧電性基板１１と封止基板１２との接合部に形成されている。
【００３５】
第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のそれぞれの電極指２５ｃ、２６ｃは、互いに間挿し合うように配置されている。具体的には、両電極指２５ｃ、２６ｃは、圧電性基板１１の長手方向に沿って一定の間隔を開けながら交互に並ぶように配置されている。その際、両電極指２５ｃ、２６ｃは中心間距離が間隔ｄ（図４参照）となるように配置されている。
これにより、ＩＤＴ１６によって励振されるＳＡＷの励振周波数Ｆは、Ｖ（圧電性基板１１によって決定される伝播速度）／Ｐ（ＩＤＴ１６の周期２ｄ）で規定される。
【００３６】
反射器１９は、圧電性基板１１の変位部２１を挟んで２つの電極指２５ｃ、２６ｃと長手方向に向かい合うように、第２の櫛歯電極２６のマウント部２６ａに対して隣接配置されている。
【００３７】
封止基板１２は、例えばガラスやシリコン、又は圧電性基板１１と同じ圧電材等からなる基板であり、圧電性基板１１に対して重ね合わせ可能なサイズの平面視矩形状に形成されている。この封止基板１２の一方の面（圧電性基板１１に対する接合面）１２ａには、上述したキャビティＣを画成させるためのキャビティ用の凹部３０が形成されている。
この凹部３０は、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のうちの各電極指２５ｃ、２６ｃ及び各バスバー２５ｂ、２６ｂと、反射器１９と、がキャビティＣ内に収納されるようにそのサイズが決定されている。
【００３８】
さらに封止基板１２の一方の面１２ａには、上記接合膜１５と２つの接続膜３１（図５参照）とがそれぞれ導電性材料のパターニングによって形成されている。一方、封止基板１２の他方の面（一方の面１２ａとは反対側の面）１２ｂには、上述した２つの外部接続電極１８が導電性材料のパターニングによって形成されている。
【００３９】
接合膜１５は、封止基板１２の周縁に沿って枠状に形成されており、圧電性基板１１側の接合膜１４に対して強固に接合されている。接続膜３１は、封止基板１２の一方の面１２ａ上において、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のマウント部２５ａ、２６ａに対してそれぞれ向かい合う部分に形成されており、両マウント部２５ａ、２６ａに対してそれぞれ強固に接合されている。これらのことにより、キャビティＣ内の気密が確実なものとされている。
【００４０】
ところで、封止基板１２には、図５に示すように、該封止基板１２を厚み方向に貫通する貫通孔３２が形成されている。これら貫通孔３２は、接続膜３１が形成される部分に開口が開くように形成されている。そして、これら貫通孔３２の内周面には、導電性材料の被膜によって貫通電極３３が形成されており、２つの接続膜３１に対してそれぞれ導通している。
【００４１】
外部接続電極１８は、上記した貫通電極３３にそれぞれ導通するように封止基板１２の他方の面１２ｂ上に形成されている。そのため、一方の外部接続電極１８は、貫通電極３３及び接続膜３１を介して第１の櫛歯電極２５に導通しており、他方の外部接続電極１８は、貫通電極３３及び接続膜３１を介して第２の櫛歯電極２６に導通している。
なお、第２の櫛歯電極２６は、他方の外部接続電極１８を介して接地されている。また、上述した接続膜３１及び貫通電極３３は、引出し電極１７として機能している。
【００４２】
（空気圧センサ１０の作動）
次に、上記のように構成された空気圧センサ１０を利用してタイヤＵ内の空気圧を検出すると共に、検出したタイヤＵ内の空気圧が正常値であるか否かを監視する場合について説明する。
まず、エンジン始動等により車体Ａに電力が供給されると、車体Ａ側に取り付けられている空気圧監視本体部２のシステム電源部２ｃがＯＮになり、本体制御部２ｂが作動する。すると、本体制御部２ｂは、図１に示すように、送受信器２ａを作動させて各タイヤＵに取り付けられた空気圧監視モジュール１に向けてバースト信号Ｓ１を送信させる。
【００４３】
空気圧監視モジュール１のモジュール制御部１ｃは、送受信器１ｂを介してこのバースト信号Ｓ１を受信すると、該バースト信号Ｓ１を空気圧センサ１０に送りＳＡＷを励振させる。具体的には、空気圧センサ１０の２つの外部接続電極１８を介して、ＩＤＴ１６を構成する第１の櫛歯電極２５の電極指２５ｃと第２の櫛歯電極２６の電極指２６ｃとの間にバースト信号Ｓ１を印加する。
【００４４】
すると、両電極指２５ｃ、２６ｃ間に電界が発生し、圧電効果によりＳＡＷが励振される。ＩＤＴ１６によって励振されたこのＳＡＷは、図６に示すように送信バースト波Ｗ１として圧電性基板１１の一方の面１１ａ上を反射器１９に向かって伝播する。するとこの伝播したＳＡＷは、反射器１９によって反射された後、再度ＩＤＴ１６に向かって伝播し、受信反射波Ｗ２としてＩＤＴ１６にて受信される。ＩＤＴ１６は、ＳＡＷを受信すると、該ＳＡＷを検出信号Ｓ２に電気信号変換した後、モジュール制御部１ｃに送る。モジュール制御部１ｃは、図１に示すように、この送られてきた検出信号Ｓ２を、送受信器１ｂを介して空気圧監視本体部２に送信させる。
【００４５】
ところで、空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂは、この間図７に示すように励振によって発生したＳＡＷが送信バースト波Ｗ１として送信されてから、受信反射波Ｗ２として受信されるまでの遅延時間Ｔをモニタしている。
【００４６】
ここで、例えば走行中等においてタイヤＵ内の空気圧が低下すると、図６に示すように、凹部２０によって外部に露出している圧電性基板１１の変位部２１が圧力低下に応じて変位する。そのため、圧電性基板１１の一方の面１１ａ上を伝播するＳＡＷの伝播長Ｌが変化する（図示の場合は伝播長Ｌが長くなる）ので、ＳＡＷの伝播特性の１つである上記した遅延時間Ｔが変化（図示の場合は伝播時間Ｔが長くなる）する。
【００４７】
これにより、空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂは、遅延時間Ｔの変化に基づいてタイヤＵ内の空気圧の変化量を算出し、例えば予め設定されているタイヤＵ内の設定空気圧と上記変化量とから現在のタイヤＵ内の空気圧を算出することができる。
そして、本体制御部２ｂは、算出した現在のタイヤＵ内の空気圧を基準空気圧と比較する。比較した結果、タイヤＵ内の現在の空気圧が基準空気圧よりも低い場合には、インターフェース部２ｅを介して表示ランプＲを点灯させる。その結果、運転者はタイヤＵ内の空気圧が低下していることを速やかに視覚によって把握することができ、適切な対処を直ちに行うことができる。
【００４８】
特に、本実施形態の空気圧センサ１０によれば、ＳＡＷの伝播面とされている圧電性基板１１の一方の面１１ａ及びＩＤＴ１６が、パッケージ１３のキャビティＣ内に気密封止されているので、外部からの影響を受け難い構造とされている。しかも、他方の面１１ｂ側から作用した圧力変化によって圧電性基板１１の変位部２１が変位する構造とされているので、圧電性基板１１の一方の面１１ａ及びＩＤＴ１６が従来のように押圧力等の物理的な力を直接的に受けることがない。
これらのことにより、励振されたＳＡＷのＱ値の低下を抑制することができ、一定のＱ値を確保してＳＡＷの信号強度及び検出感度を共に向上することができるうえ、長期的な作動信頼性を確保することができる。また、従来のようにパッケージ１３に突出部を設ける等の複雑な構成が不要であり、構成のシンプル化を図ることができる。従って、製造容易化及び低コスト化を図り易い。
【００４９】
更に、本実施形態の空気圧センサ１０では、外部接続電極１８が封止基板１２側に形成されており、外部接続電極１８を下側にして回路基板に表面実装することが可能とされている。そのため、圧電性基板１１の変位部２１を基板回路とは反対側の上側に向けることができる。従って、タイヤＵ内の空気圧変化を回路基板に邪魔されることなく、変位部２１に対してよりダイレクトに作用させることができ、検出精度を高め易い。
また、圧電性基板１１に凹部２０を形成するだけの簡略な構成で圧電性基板１１の変位部２１を他方の面１１ｂ側に露出させることができるので、空気圧センサ１０のシンプル化及び製造容易化を図ることができる。
【００５０】
加えて、本実施形態の空気圧センサ１０は、バースト信号Ｓ１を受けることで作動し、ＳＡＷを励振させるパッシブ型（受動型）のセンサであるので、該空気圧センサ１０を作動させるための電源部が不要である。従って、この空気圧センサ１０を具備する空気圧監視モジュール１の構成の簡略化を図り易い。
【００５１】
なお、上記本実施形態では、空気圧監視モジュール１が、送受信アンテナ１ａ、送受信器１ｂ、モジュール制御部１ｃ及び空気圧センサ１０を具備していたが、空気圧センサ１０がパッシブ型のセンサであるので、この場合には送受信器１ｂ及びモジュール制御部１ｃは必須な構成ではなく、具備していなくても構わない。
この場合であっても、空気圧監視本体部２から送られてきたバースト信号Ｓ１を送受信アンテナ１ａで受信し、空気圧センサ１０のＩＤＴ１６に印加してＳＡＷを励振させることができると共に、ＩＤＴ１６で電気信号変換された検出信号Ｓ２を送受信アンテナ１ａを介して空気圧監視本体部２に送信することが可能である。
【００５２】
（空気圧センサの製造）
次に、上述した空気圧センサ１０の製造方法の一例について簡単に説明する。
ここでは、図８に示すように、圧電性基板用ウエハ４０と封止基板用ウエハ４１とを利用して、空気圧センサ１０を一度に複数製造する場合を例に挙げて説明する。
【００５３】
はじめに、圧電性基板用ウエハ４０を、接合を行う直前の状態まで作製する工程を行う。
まず、図９に示すように、圧電性基板用ウエハ４０の他方の面１１ｂに、加熱プレス成形やエッチング等により行列方向に凹部２０を複数形成する工程を行う。これにより、圧電性基板用ウエハ４０には、ダイヤフラムの如く変位する変位部２１が複数形成される。次いで、圧電性基板用ウエハ４０の一方の面１１ａに導電性材料をパターニングして接合膜１４を形成すると共にＩＤＴ１６及び反射器１９をそれぞれ複数形成する工程を行う。
【００５４】
これにより、図８に示すように、製造する空気圧センサ１０の数に応じて、ＩＤＴ１６、反射器１９及び変位部２１がそれぞれ複数形成された圧電性基板用ウエハ４０を得ることができる。
なお、図８及び図９に示す点線Ｍは、後に圧電性基板用ウエハ４０を切断する切断線を図示している。
【００５５】
次に、上記工程と同時に或いは前後のタイミングで封止基板用ウエハ４１を、接合を行う直前の状態まで作製する工程を行う。
まず、図１０に示すように、封止基板用ウエハ４１の一方の面１２ａに、加熱プレス成形やエッチング等により行列方向にキャビティ用の凹部３０を複数形成すると共に、封止基板用ウエハ４１を貫通する貫通孔３２を複数形成する工程を行う。次いで、複数の貫通孔３２の内周面に導電性材料を被膜させて貫通電極３３を複数形成すると共に、封止基板用ウエハ４１の一方の面１２ａに導電性材料をパターニングして、図１１に示すように接合膜１５を形成すると共に、接続膜３１をそれぞれ複数形成する工程を行う。
なお、図１０及び図１１に示す点線Ｍは、後に封止基板用ウエハ４１を切断する切断線を図示している。
【００５６】
続いて、圧電性基板用ウエハ４０と、封止基板用ウエハ４１と、を互いに重ね合わせて接合する工程を行う。具体的には、図示しない基準マーク等を指標としながら両ウエハ４０、４１を正しい位置にアライメントした後、図８に示すように、圧電性基板用ウエハ４０の一方の面１１ａと、封止基板用ウエハ４１の一方の面１２ａと、を互いに重ね合わせると同時にそれぞれの接合膜１４、１５を利用して接合する。
なお、この際の接合方法としては、半田接合や熱圧着接合や陽極接合等、既に知られている周知な接合方法を採用すれば良い。
【００５７】
この接合によって、圧電性基板用ウエハ４０と封止基板用ウエハ４１とが一体的に接合されたウエハ体４２を得ることができると共に、両ウエハ４０、４１の間に気密封止されたキャビティＣが複数形成される。また、圧電性基板用ウエハ４０の一方の面１１ａに形成されたＩＤＴ１６及び反射器１９が、この気密封止されたキャビティＣ内に収容された状態となる。
【００５８】
次いで、上述した接合が終了した後、封止基板用ウエハ４１の他方の面１２ｂに導電性材料をパターニングして、貫通電極３３にそれぞれ電気的に接続された外部接続電極１８を複数形成する工程を行う。
そして最後に、接合されたウエハ体４２を図８に示す切断線Ｍに沿って切断して小片化する工程を行う。その結果、図２に示す空気圧センサ１０を一度に複数製造することができる。
【００５９】
上述したように、上記製造方法によれば、圧電性基板用ウエハ４０及び封止基板用ウエハ４１に対して、例えば突出部を設ける等の複雑な形成工程を何ら行う必要がなく、効率良く空気圧センサ１０を製造することが可能である。従って、生産性を高めることができると共に低コスト化を図り易い。
【００６０】
ところで、上記第１実施形態では、ＳＡＷの伝播特性変化の１つである遅延時間Ｔの変化に基づいてタイヤＵ内の空気圧を検出したが、ＳＡＷの送信バースト波Ｗ１及び受信反射波Ｗ２の位相差の変化をモニタすることで空気圧を検出しても構わない。
特に、ＳＡＷの受信反射波Ｗ２に関しては、ピーク位置が明瞭に現れ難いため受信反射波Ｗ２の受信時間を正確に把握できない場合も考えられる。このような場合には、遅延時間Ｔの変化ではなく位相差の変化をモニタすることで、空気圧の検出をより高精度に行うことができるものと考えられるので有効である。
【００６１】
また、上記第１実施形態において、キャビティＣ内を真空にした状態で気密封止することが好ましい。こうすることで、励振されたＳＡＷのＱ値の低下をさらに抑制することができ、ＳＡＷの検出信号Ｓ２及び検出感度をより効果的に高めることができる。
【００６２】
なお、上記第１実施形態では、封止基板１２を１枚構造としたが、図１２から図１４に示すように２枚の基板で構成しても構わない。
この場合の空気圧センサ５０は、圧電性基板１１の一方の面１１ａに、第１封止基板５２と第２封止基板５３とからなる封止基板１２が接合されている。封止基板５１は、第２封止基板５３を圧電性基板１１の一方の面１１ａに重ね合わせた状態で接合されている。また、第１封止基板５２と第２封止基板５３とは、それぞれの接合膜５５を介して強固に接合されている。
【００６３】
第２封止基板５３は、第１封止基板５２よりも厚みを有する基板とされており、中央部分にはキャビティ用の開口部５３ａが形成されている。そのため、第２封止基板５３は、枠状に形成されている。これに対して、第１封止基板５２は板状に形成されており、第２封止基板５３の開口部５３ａの一方側を塞いでいる。そして、第２封止基板５３の開口部５３ａの内側と第１封止基板５２とで画成された空間が、キャビティＣとして機能する。
【００６４】
なお、この場合では、貫通孔３２は第１封止基板５２及び第２封止基板５３を通して形成されている。また、第１封止基板５２及び第２封止基板５３には、中間接続膜５６が互いの接合面にそれぞれ形成されている。これら両中間接続膜５６は、強固に接合していると共に引出し電極１７の一部として機能している。
【００６５】
このように構成された空気圧センサ５０によれば、第１封止基板５２と第２封止基板５３とを接合するだけで、キャビティＣを容易且つ精度良く形成することができるので、キャビティ用の凹部３０を形成する場合よりも製造の容易化を図ることができる。なお、それ以外については、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏効することができる。
【００６６】
また、上記第１実施形態では、圧電性基板１１と封止基板１２との２枚の基板でパッケージ１３を構成したが、図１５から図１７に示すように、圧電性基板１１と封止基板１２とプレート基板６１との３枚の基板でパッケージ１３を構成した空気圧センサ６０としても構わない。
【００６７】
この場合、プレート基板６１は、圧電性基板１１を封止基板１２との間で挟み込むように、圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側にそれぞれの接合膜６２を介して強固に接合されている。また、プレート基板６１は、圧電性基板１１よりも厚みを有する基板とされており、中央部分には開口部６１ａが形成されている。そのため、圧電性基板１１の変位部２１は、この開口部６１ａを介して圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側に露出されている。
なお、プレート基板６１の開口部６１ａの内側は、変位部２１を露出させる開放部Ｅとして機能している。
【００６８】
このように構成された空気圧センサ６０によれば、封止基板１２とプレート基板６１とが圧電性基板１１を間に挟み込むようにして接合されているので、３枚の基板を互いに接合する際に、反り等の不正変形が圧電性基板１１に生じ難い。そのため、圧電性基板１１の一方の面１１ａ上を伝播するＳＡＷの伝播長Ｌを予め決められた長さに確実に設定することができると共に、凹凸を極力抑えた平坦面にすることができる。そのため、検出精度をより高め易い。
また、プレート基板６１に開口部６１ａを形成するだけの簡略な構成で開放部Ｅを形成でき、圧電性基板１１に凹部２０を形成する場合よりも変位部２１を圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側に容易に露出させ易い。従って、さらなる製造の容易化を図ることができる。なお、それ以外については、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏効することができる。
【００６９】
なお、プレート基板６１を利用する場合には、封止基板１２と同一材料でプレート基板６１を形成することが好ましい。例えば、封止基板１２及びプレート基板６１を共にガラス基板とすることが好ましい。
こうすることで、接合時に例えば熱圧着等、熱を加えながら接合を行ったとしても、封止基板１２及びプレート基板６１の熱膨張係数が同じであるので、両基板１２、６１の熱膨張の違いに起因する反りが圧電性基板１１に影響することがない。従って、接合方法のバリエーションを増やすことができると共に、熱を加えながら接合をより強固に行ってキャビティＣ内の気密封止をより確実なものにすることができる。従って、作動信頼性をさらに高めることができると共に、より高品質なセンサとすることができる。
また、封止基板１２、プレート基板６１および圧電性基板１１が、同一材料で形成されていても良い。
こうすることで、圧電性基板１１、封止基板１２及びプレート基板６１が同一材料で形成されているので、接合時に例えば熱圧着等、熱を加えながら接合を行ったとしても、封止基板１２、プレート基板６１、圧電性基板１１の熱膨張係数が同じであるので各基板の熱膨張の違いに起因する熱残留応力が圧電性基板に影響することがない。従って、接合方法のバリエーションを増やすことができると共に、熱を加えながら接合をより強固に行ってキャビティ内の気密封止をより確実なものにすることができる。これにより、作動信頼性をさらに高めることができ、より高品質なセンサとすることができる。
【００７０】
〔第２実施形態〕
次に、本発明に係るセンサの第２実施形態について説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では反射器１９を利用した遅延線型のパッシブセンサとしたが、第２実施形態では４端子（４つの外部接続電極１８）を具備する遅延線型のセンサとされている点である。
【００７１】
本実施形態の空気圧センサ７０は、図１８から図２０に示すように、圧電性基板１１の一方の面１１ａに、ＳＡＷを励振させるための入力用ＩＤＴ７２と、一方の面１１ａ上を伝播してきたＳＡＷを受信するための出力用ＩＤＴ７３と、からなるＩＤＴ７１が形成されている。
【００７２】
入力用ＩＤＴ７２は、圧電性基板１１の長手方向一方側に配置され、圧電性基板１１の短手方向に並んだ第１の櫛歯電極７４及び第２の櫛歯電極７５を具備している。これら第１の櫛歯電極７４及び第２の櫛歯電極７５は、それぞれマウント部７４ａ、７５ａと、マウント部７４ａ、７５ａに接続されたバスバー７４ｂ、７５ｂと、バスバー７４ｂ、７５ｂに接続され、互いに間挿し合うように配置された複数の電極指７４ｃ、７５ｃと、を備えている。
【００７３】
出力用ＩＤＴ７３は、圧電性基板１１の変位部２１を挟んで上記入力用ＩＤＴ７２と長手方向に向かい合うように、圧電性基板１１の長手方向他方側に配置され、圧電性基板１１の短手方向に並んだ第１の櫛歯電極７６及び第２の櫛歯電極７７を具備している。これら第１の櫛歯電極７６及び第２の櫛歯電極７７は、それぞれマウント部７６ａ、７７ａと、マウント部７６ａ、７７ａに接続されたバスバー７６ｂ、７７ｂと、バスバー７６ｂ、７７ｂに接続され、互いに間挿し合うように配置された複数の電極指７６ｃ、７７ｃと、を備えている。
【００７４】
本実施形態の封止基板１２は、一方の面１２ａに接合膜１５と４つの接続膜３１とがそれぞれ形成されており、他方の面１２上に４つの外部接続電極１８が形成されている。
接続膜３１は、封止基板１２の一方の面１２ａ上において、入力用ＩＤＴ７２の２つのマウント部７４ａ、７５ａと、出力用ＩＤＴ７３の２つのマウント部７６ａ、７７ａと、に対してそれぞれ向かい合う部分に形成されており、各マウント部７４ａ、７５ａ、７６ａ、７７ａに対してそれぞれ強固に接合されている。
【００７５】
また、封止基板１２には、４つの接続膜３１が形成される部分に開口がそれぞれ開くように４つの貫通孔３２が形成されており、これら貫通孔３２の内周面に貫通電極３３が形成されている。そして、４つの外部接続電極１８は、各貫通電極３３にそれぞれ導通するように封止基板１２の他方の面１２ｂ上に形成されている。
なお、入力用ＩＤＴ７２及び出力用ＩＤＴ７３の第２の櫛歯電極７５、７７は、外部接続電極１８を介して接地されている（図２１参照）。
【００７６】
このように構成された空気圧センサ７０を作動させる場合には、図２１に示すように、まず入力用ＩＤＴ７２を構成する第１の櫛歯電極７４の電極指７４ｃと第２の櫛歯電極７５の電極指７５ｃとの間にバースト信号Ｓ１を印加する。これにより、両電極指７４ｃ、７５ｃ間に電界を発生させることができ、圧電効果によりＳＡＷを励振させることができる。そして、入力用ＩＤＴ７２によって励振されたこのＳＡＷは、圧電性基板１１の一方の面１１ａ上を伝播した後、出力用ＩＤＴ７３にて受信されて検出信号Ｓ２に変換される。
【００７７】
ここで、タイヤＵ内の空気圧が低下によって圧電性基板１１の変位部２１が変位すると、それによりＳＡＷの伝播長Ｌが変化するのでＳＡＷの遅延時間Ｔが変化する。これにより、遅延時間Ｔをモニタしている空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂは、遅延時間Ｔの変化に基づいて現在のタイヤＵ内の空気圧を算出することができる。
【００７８】
上述したように、本実施形態の空気圧センサ７０であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏効することができる。
なお、本実施形態の場合であっても、遅延時間Ｔの変化に基づいてタイヤＵ内の空気圧を検出するのではなく、ＳＡＷの送信時と受信時とによる位相差の変化をモニタすることで空気圧を検出するように構成しても構わない。
【００７９】
更に、本実施形態の場合において、図２２に示すように、入力用ＩＤＴ７２及び出力用ＩＤＴ７３に、増幅器７８を具備する発振回路７９を組み合わせることで、遅延線型の発振回路方式としたセンサとすることができる。
この場合には、タイヤＵ内の空気圧の変化がＳＡＷの発振周波数の変化となって出力される。そのため、この発振周波数の変化に基づいて圧力を検出できるように、空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂを構成しておけば良い。特に、発振周波数の変化に基づいて空気圧を検出する場合には、高い分解能を期待できる。
【００８０】
〔第３実施形態〕
次に、本発明に係るセンサの第３実施形態について説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では反射器１９を利用した遅延線型のパッシブセンサとしたが、第３実施形態では共振子型のセンサとされている点である。
【００８１】
本実施形態の空気圧センサ８０は、図２３及び図２４に示すように、ＩＤＴ１６を構成する第１の櫛歯電極２５及び第２櫛歯電極２６の電極指２５ｃ、２６ｃが、圧電性基板１１の一方の面１１ａにおける２つのマウント部２５ａ、２６ａ間の全面に亘ってそれぞれ形成されている。また、図２５に示すように、ＩＤＴ１６には反転増幅器８１を具備する発振回路（ＬＣ型発振回路）８２が組み合わされている。
なお、本実施形態の空気圧センサ８０の等価回路は、図２６に示すように水晶振動子と同じ等価回路となるものである。図中において、Ｃｏは並列容量、Ｌ１は等価直列インダクタンス、Ｃ１は等価直列容量、Ｒ１は等価直列抵抗を示す。
【００８２】
このように構成された空気圧センサ８０の場合には、タイヤＵ内の空気圧の低下によって圧電性基板１１の変位部２１が変位すると、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６の電極指２５ｃ、２６ｃの間隔ｄが変化し、それによりＩＤＴ１６の周期長さが変化する。そのため、ＳＡＷの伝播特性が変化し、タイヤＵ内の空気圧の変化がＳＡＷの発振周波数の変化或いは発振振幅変化となって出力される。
従って、これらの変化に基づいて圧力を検出できるように、空気圧監視本体部２の本体制御部２ｂを構成することで、タイヤＵ内の空気圧を検出することが可能である。このように本実施形態の場合であっても、タイヤＵ内の空気圧を精度良く検出することができる。
【００８３】
〔第４実施形態〕
次に、本発明に係るセンサの第４実施形態について説明する。なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では外部接続電極１８が封止基板１２側に形成されていたが、第４実施形態では圧電性基板１１側に形成されている点である。それに加え、第１実施形態では、圧電性基板１１と封止基板１２との２枚の基板でパッケージ１３を構成したが、第４実施形態では、３枚の基板でパッケージ１３を構成している点が異なる。
【００８４】
本実施形態の空気圧センサ９０は、図２７から図２９に示すように、圧電性基板１１と封止基板１２とプレート基板９１とでパッケージ１３が構成されている。
プレート基板９１は、圧電性基板１１を封止基板１２との間で挟み込むように、圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側にそれぞれの接合膜９２を介して接合されている。また、プレート基板９１は、圧電性基板１１よりも厚みを有する基板とされており、長手方向の中央部に開口部９１ａが形成されている。そのためプレート基板９１は、途中が分断されて、圧電性基板１１の長手方向の両端部分にのみ接合された状態となっている。また、圧電性基板１１の変位部２１は、プレート基板９１の開口部９１ａを介して該圧電性基板１１の他方の面１１ｂ側に露出されている。従って、プレート基板９１の開口部９１ａの内側は、変位部２１を露出させる開放部Ｅとして機能している。
【００８５】
ところで、本実施形態の圧電性基板１１には、該圧電性基板１１を厚み方向に貫通する貫通孔３２が形成されている。これら貫通孔３２は、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のマウント部２５ａ、２６ａが形成される部分に開口が開くように形成されている。そして、これら貫通孔３２の内周面に貫通電極３３が形成されており、２つのマウント部２５ａ、２６ａに対してそれぞれ導通している。さらにこれら貫通電極３３は、圧電性基板１１とプレート基板９１とを接合している上記接合膜９２に対しても導通している。
【００８６】
外部接続電極１８は、プレート基板９１の他方の面９１ｂに形成されている。また、プレート基板９１の側面には、側面電極膜９３が形成されており、プレート基板９１に形成された上記接合膜９２と、外部接続電極１８とを互いに導通させている。
そのため、一方の外部接続電極１８は、側面電極膜９３、接合膜９２及び貫通電極３３を介して第１の櫛歯電極２５に導通しており、他方の外部接続電極１８は、側面電極膜９３、接合膜９２及び貫通電極３３を介して第２の櫛歯電極２６に導通している。
なお、第２の櫛歯電極２６は、他方の外部接続電極１８を介して接地されている。また、上述した接合膜９２、貫通電極３３及び側面電極膜９３は、引出し電極１７として機能している。
【００８７】
このように構成された空気圧センサ９０であっても、第１実施形態と同様の動作によりタイヤＵ内の空気圧を検出することができると共に、同様の作用効果を奏効することができる。
但し、外部接続電極１８を下側にして図示しない回路基板上に空気圧センサ９０を表面実装した際、変位部２１が回路基板側を向くので、第１実施形態の構成の方がより好ましい。
【００８８】
なお、本実施形態の空気圧センサ９０の製造方法の一例について簡単に説明する。
ここでは、図３０に示すように、圧電性基板用ウエハ１００と封止基板用ウエハ１０１とプレート基板用ウエハ１０２とを利用して、空気圧センサ９０を一度に複数製造する場合を例に挙げて説明する。
【００８９】
はじめに、圧電性基板用ウエハ１００を、接合を行う直前の状態まで作製する工程を行う。
即ち、圧電性基板用ウエハ１００に貫通孔３２及び貫通電極３３をそれぞれ複数形成した後、圧電性基板用ウエハ１００の一方の面１１ａに接合膜１４を形成すると共に、ＩＤＴ１６及び反射器１９をそれぞれ複数形成する。また、圧電性基板用ウエハ１００の他方の面１１ｂに接合膜９２を形成する。これにより、図３０に示す圧電性基板用ウエハ１００を得ることができる。
【００９０】
次いで、上記工程と同時或いは前後のタイミングで封止基板用ウエハ１０１を、接合を行う直前の状態まで作製する工程を行う。即ち、封止基板用ウエハ１０１の一方の面１２ａに、加熱プレス成形やエッチング等により行列方向にキャビティ用の凹部３０を複数形成すると共に、接合膜１５を形成する。
【００９１】
次いで、上記工程と同時或いは前後のタイミングでプレート基板用ウエハ１０２を、接合を行う前の状態まで作製する工程を行う。即ち、後に開口部９１ａとなる切欠部１０３ａを、基板表面に平行なＹ方向に沿って延びるように形成すると共に、該Ｙ方向に直交するＸ方向に沿って一定の間隔を開けて並列に並ぶように複数形成する。そして、プレート基板用ウエハ１０２の接合面に接合膜９２を形成すると共に、プレート基板用ウエハ１０２の他方の面９１ｂに外部接続電極１８を形成し、さらに切欠部１０３ａの側面に側面電極膜９３を形成して接合膜９２と外部接続電極１８とを導通させておく。
【００９２】
次いで、圧電性基板用ウエハ１００と、封止基板用ウエハ１０１と、プレート基板用ウエハ１０２と、を互いに重ね合わせて接合する工程を行う。これにより、３枚のウエハ１００、１０１、１０２が一体的に接合されたウエハ体１０３を得ることができる。
そして最後に、接合されたウエハ体１０３を図３０に示す切断線Ｍに沿って切断して小片化する工程を行う。その結果、図２７に示す空気圧センサ９０を一度に複数製造することができる。
【００９３】
なお、上記第４実施形態において、図３１に示すように、プレート基板９１に貫通孔３２を形成し、該貫通孔３２の内周面にさらに貫通電極３３を形成しても構わない。こうすることで、プレート基板９１の側面に形成されていた側面電極膜９３を省くことができ、２つの貫通電極３３を通じて外部接続電極１８とＩＤＴ１６とを互いに導通させることができる。
特に、このように構成した場合には、空気圧センサ９０を表面実装した際に、側面電極膜９３が形成されていない分、電気的ショートが発生する可能性を低減できるのでより好ましい。
【００９４】
なお、上記第４実施形態のように圧電性基板１１に貫通電極３３を形成した場合であっても、反射器１９を利用した遅延線型のパッシブセンサに限定されるものではない。例えば、図３２に示すように、上述した第２実施形態のごとく、入力用ＩＤＴ７２及び出力用ＩＤＴ７３からなるＩＤＴ７１を利用した遅延線型のセンサとしても構わないし、図３３に示すように、上述した第３実施形態のごとく、第１の櫛歯電極２５及び第２の櫛歯電極２６のそれぞれの電極指２５ｃ、２６ｃを広範囲に形成した共振子型のセンサとしても構わない。
【００９５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００９６】
例えば、上述した各実施形態では、本発明に係るセンサを、自動車のタイヤの空気圧を検出する空気圧センサに適用した場合を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、例えば航空機のキャビン内の気圧を測定する気圧センサや、歪センサや荷重センサとしても構わない。
いずれにしても、気圧、圧力や応力等の各種力学量を検出するセンサとして幅広く適用することができる。特に、第１実施形態のようにパッシブ型センサとした場合には、バッテリレス無線センサに適用することが可能である。
【００９７】
また、上記各実施形態では、貫通孔の内周面に導電性材料を被膜することで貫通電極を形成したが、貫通孔内に導電性ペーストを充填した後に固化させることで貫通電極を形成しても構わないし、貫通孔内に導電性の芯材を埋め込むことで貫通電極を形成しても構わない。
更に、貫通孔は、ストレート形状ではなく、例えば断面テーパ状となるように形成しても構わない。この場合には、サンドブラスト等により貫通孔を容易に形成することが可能である。
【符号の説明】
【００９８】
Ｃ…キャビティ
Ｅ…開放部
１０、５０、６０、７０、８０、９０…空気圧センサ（センサ）
１１…圧電性基板
１１ａ…圧電性基板の一方の面
１１ｂ…圧電性基板の他方の面
１２…封止基板
１３…パッケージ
１６、７１…ＩＤＴ
１７…引出し電極
１８…外部接続電極
２０…凹部
２１…変位部
３３…貫通電極
６１、９１…プレート基板
６１ａ、９１ａ…プレート基板の開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性基板と、該圧電性基板の一方の面に接合され、圧電性基板との間に気密封止されたキャビティを画成させる封止基板と、を具備するパッケージと、
前記圧電性基板の一方の面に形成され、前記キャビティ内に配設されたＩＤＴと、
前記圧電性基板及び前記封止基板のうちの少なくとも一方に形成され、前記パッケージ外部に露出すると共に引出し電極を介して前記ＩＤＴに導通された外部接続電極と、を備え、
前記圧電性基板は、前記パッケージ外部から作用する力学量に応じて変位する変位部を有し、
前記圧電性基板には、前記変位部を該圧電性基板の他方の面側に露出させる開放部が設けられていることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサにおいて、
前記引出し電極は、前記封止基板を厚み方向に貫通すると共に前記ＩＤＴに導通された貫通電極を有し、
前記外部接続電極は、前記貫通電極に導通された状態で前記封止基板に形成されていることを特徴とするセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
前記圧電性基板の前記他方の面には凹部が形成され、該凹部の内側が前記開放部とされていることを特徴とするセンサ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
前記圧電性基板を前記封止基板との間で挟み込むように、該圧電性基板の他方の面側に接合されたプレート基板を備え、
前記プレート基板は、前記封止基板と同一材料で形成され、
前記プレート基板には、前記変位部を露出させる開口部が形成され、該開口部の内側が前記開放部とされていることを特徴とするセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサにおいて、
前記封止基板、前記プレート基板および前記圧電性基板は、同一材料で形成されていることを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記キャビティ内は、真空封止されていることを特徴とするセンサ。
【請求項１】
圧電性基板と、該圧電性基板の一方の面に接合され、圧電性基板との間に気密封止されたキャビティを画成させる封止基板と、を具備するパッケージと、
前記圧電性基板の一方の面に形成され、前記キャビティ内に配設されたＩＤＴと、
前記圧電性基板及び前記封止基板のうちの少なくとも一方に形成され、前記パッケージ外部に露出すると共に引出し電極を介して前記ＩＤＴに導通された外部接続電極と、を備え、
前記圧電性基板は、前記パッケージ外部から作用する力学量に応じて変位する変位部を有し、
前記圧電性基板には、前記変位部を該圧電性基板の他方の面側に露出させる開放部が設けられていることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサにおいて、
前記引出し電極は、前記封止基板を厚み方向に貫通すると共に前記ＩＤＴに導通された貫通電極を有し、
前記外部接続電極は、前記貫通電極に導通された状態で前記封止基板に形成されていることを特徴とするセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
前記圧電性基板の前記他方の面には凹部が形成され、該凹部の内側が前記開放部とされていることを特徴とするセンサ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
前記圧電性基板を前記封止基板との間で挟み込むように、該圧電性基板の他方の面側に接合されたプレート基板を備え、
前記プレート基板は、前記封止基板と同一材料で形成され、
前記プレート基板には、前記変位部を露出させる開口部が形成され、該開口部の内側が前記開放部とされていることを特徴とするセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサにおいて、
前記封止基板、前記プレート基板および前記圧電性基板は、同一材料で形成されていることを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記キャビティ内は、真空封止されていることを特徴とするセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２０１２−１８９３３０（Ｐ２０１２−１８９３３０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０６７１（Ｐ２０１１−５０６７１）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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