专利名称：物理量检测器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种物理量检测器及其制造方法，尤其是，涉及一种耐回流焊特性优异的物理量检测器及其制造方法。
背景技术：
一直以来，存在一种隔膜式的压力传感器等的物理量检测器，其具有压电振子，其作为力检测元件而使用；隔膜，其承受压力(气体或液体的压力等)、或通过外力被按压从而发生挠曲。例如，在专利文献I至4中所公开的隔膜式的压力传感器由隔膜层、基座层(盖部)和作为中间层的压敏元件层构成。在压敏元件层的中 央部处配置有，通过双音叉振子等而构成的压敏元件。在隔膜层上设置有一对用于对被配置在压敏元件的压敏部(振动部)的两端处的一对基部进行固定的支承部，并且所述一对基部通过粘合剂等接合材料而被一对支承部固定并支承。当承受了被检测压力的隔膜层挠曲并位移时，该位移将通过隔膜层而被转换为力，并向作为物理量检测元件的压敏元件传递，所述压敏元件的共振频率将通过由于所传递的力而在内部产生的内部应力(牵拉应力或压缩应力)，而发生变化，从而该隔膜式的压力传感器对该共振频率的变动进行测定，进而对所述被检测压力进行检测。当制造压力传感器时，首先对隔膜层和压敏元件层进行接合，之后对压敏元件层和基座层进行接合。在专利文献I中公开了一种使用粘合剂进行接合的技术。在此，当用于接合的接合材料与隔膜层、压敏元件层、基座层之间的热膨胀系数不同时，将产生由于温度变化而导致的热变形，并且因为该热变形从而所述内部应力发生变化。压敏元件的共振频率由于该内部应力的变化而发生变动,从而产生对被测定应力的检测精度降低的问题。为了防止这种由于热变形而导致的压力检测的精度降低，在专利文献2至4中提出如下方案，即，当用水晶基板分别形成隔膜层、基座层、压敏元件层时，使接合材料的热膨胀系数与水晶的热膨胀系数大致相等。由于在将隔膜层、压敏元件层以及基座层的热膨胀系数与接合材料的热膨胀系数设定为大致相同时，即使被暴露的压力传感器所在的环境气氛的温度发生变化，并随之产生了各个部件的膨胀或收缩，接合材料也会以相同的比例(膨胀率)进行膨胀或收缩，因此不会产生因热变形而引起的内部应力，其结果为，不会发生压力检测精度的劣化。然而，当将接合材料的热膨胀系数设定为与压力传感器的各个部件的热膨胀系数大致相等时，会产生如下的问题。当将压力传感器的各个部件设定为水晶时，因为水晶为结晶材料，因此热膨胀系数为约14(ppm/K)，且与被用于接合材料中的通常的PbO(氧化铅)类低熔点玻璃相比较大。虽然PbO类低熔点玻璃通过混合金属氧化物等填充物，从而能够增大热膨胀系数以与水晶的热膨胀系数相一致，但熔点降低。当在使用以此种方式使热膨胀系数与水晶相一致从而熔点降低了的低熔点玻璃，对压力传感器的各个部件进行了接合之后，通过回流焊等高温处理而将该压力传感器安装在电路基板等的安装基板上时，对所述压敏元件的所述一对基部和所述隔膜层进行接合的低熔点玻璃将发生再熔融。由于该再熔融，从而所述压敏元件的所述一对基部与所述隔膜的所述一对支承部之间的固定点产生偏移，由此导致所述低熔点玻璃在产生了该偏移的状态下再固化。因此，存在如下的问题，即，由于在环境气氛的温度发生变化且随之产生了各个部件的膨胀或收缩时所产生的热变形的程度(水平)，与所述再熔融前的热变形相比较产生差异，从而产生于压敏元件中的内部应力将因该热变形的差而发生变化，因此成为在应当检测出的压力值中产生漂移等的变动的原因。专利文献I :日本特开2008-275445号公报专利文献2 :日本特开2010-117342号公报专利文献3 :日本特开2010-164500号公报
专利文献4 :日本特开2010-164362号公报
发明内容
因此，本发明是为了解决上述课题而实施的，其目的在于，提供一种减少由于回流焊等高温处理而产生压力检测值的漂移的现象的、物理量检测器及其制造方法。而且，目的在于，提供一种能够防止因由于温度变化而导致的压敏元件的热变形所引起的内部应力的变动，从而能够实现高精度的压力检测的物理量检测器及其制造方法。而且，目的在于，提供一种考虑到回流焊等高温处理对接合材料的再熔融和热膨胀系数的影响程度，从而能够实现更高精度的压力检测的物理量检测器及其制造方法。而且，目的在于，提供一种能够通过接合材料而良好地对各个部件进行接合的物理量检测器的制造方法。本发明是为了解决上述课题的至少一部分而被实施的，并且能够作为以下的方式或应用例而实现。应用例I一种物理量检测器，其特征在于，具备压敏元件，其包括一对基部，和被配置在所述一对基部之间的压敏部；隔膜，其包括具备通过第二接合材料而与所述一对基部接合的一对支承部的可挠部，和对所述可挠部的边缘进行支承的支承框部；固定部，其上通过第一接合材料而固定有所述支承框部，另外，所述第二接合材料的熔点高于所述第一接合材料的熔点。根据本发明，由于使用第一接合材料而使隔膜的支承框部和固定部接合在一起，并使用第二接合材料而使隔膜的一对支承部和压敏元件的一对基部接合在一起，并且第二接合材料的熔点高于第一接合材料的熔点，因此在对制造后的物理量检测器进行回流焊等高温处理时，能够减少第二接合材料的再熔融，从而能够减少因由于第二接合材料的再熔融而导致的压敏元件的热变形所引起的内部应力的变动，由此减少产生检测值的漂移的情况。应用例2如应用例I所述的物理量检测器，其特征在于，所述第一接合材料的热膨胀系数与通过所述第一接合材料而被接合的部分的热膨胀系数大致相等。
由于对于通过第一接合材料而被接合的部分而言，与因第一接合材料的再熔融而导致的压力检测值的漂移的影响相比，因第一接合材料与通过该第一接合材料而被接合的部分之间的热膨胀系数的偏差而导致的压力检测值的漂移的影响较大，因此通过采用上述结构，从而能够进一步减少由于温度变化而导致的检测值的变动，由此能够提高检测值的精度。应用例3如应用例I或2所述的物理量检测器，其特征在于，所述第一接合材料与通过该第一接合材料而被接合的部分之间的热膨胀系数之差的绝对值小于，所述第二接合材料与通过该第二接合材料而被接合的部分之间的热膨胀系数之差的绝对值。
根据本发明，由于能够使第一接合材料的热膨胀系数更接近于，通过第一接合材料而被接合的部分的热膨胀系数，因此能够进一步减小由于温度变化而导致的检测值的漂移，从而能够提闻检测值的精度。应用例4如应用例I至3中任一例所述的物理量检测器，其特征在于，包括具备所述固定部的功能的基座，所述基座和所述隔膜以覆盖所述压敏元件的方式而被层叠。根据本发明，在所述物理量检测器包括具备所述固定部的功能的基座，且形成所述基座和所述隔膜以覆盖所述压敏元件的方式而被层叠的三层结构时，也能够减少由压敏元件的热变形而引起的内部应力的变动，从而减少产生检测值的漂移的情况，由此提高检测值的精度。应用例5如应用例I至3中任一例所述的物理量检测器，其特征在于，包括框部，其包围所述压敏元件；连接部，其对该框部和所述压敏元件进行连结，所述框部具备所述固定部的功倉泛。根据本发明，在所述物理量检测器包括包围所述压敏元件的框部、以及对该框部和所述压敏元件进行连结的连接部，并且所述框部具备所述固定部的功能时，也能够减少由压敏元件的热变形而引起的内部应力的变动，从而减少产生检测值的漂移的情况，由此提高检测值的精度。应用例6如应用例5所述的物理量检测器，其特征在于，所述隔膜、所述框部和基座以覆盖所述压敏元件的方式而被层叠，所述框部使用所述第一接合材料而被接合在与该框部对置的所述基座的接合部上。根据本发明，在形成所述隔膜、所述框部和基座以覆盖所述压敏元件的方式而被层叠的三层结构时，也能够减少由压敏元件的热变形而引起的内部应力的变动，从而减少产生检测值的漂移的情况，由此提高检测值的精度。应用例7如应用例I至6中任一例所述的物理量检测器，其特征在于，通过所述第一接合材料而接合的部分为水晶，所述第一接合材料的热膨胀系数大于所述第二接合材料的热膨胀系数。由于水晶的热膨胀系数较大，因此通过使第一接合材料的热膨胀系数大于第二接合材料，从而能够缩小第一接合材料与通过该第一接合材料而被接合的部分之间的热膨胀系数的差，而且，通过使第二接合材料的熔点高于第一接合材料的熔点，从而能够在向基板安装时进行加热之际，降低第二接合材料的再熔融，因此能够整体地抑制检测值的漂移，由此提高检测值的精度。应用例8如应用例I至7中任一例所述的物理量检测器，其特征在于，所述第二接合材料为玻璃材料。根据本发明，通过使用玻璃材料以作为第二接合材料，从而能够使第二接合材料的熔点高于，在向基板安装时进行加热之际的温度。应用例9
如应用例8所述的物理量检测器，其特征在于，所述玻璃材料含有金属微粒。根据本发明，通过对玻璃材料中所含有的金属微粒的量进行调节，从而能够对熔点和热膨胀系数进行调节。应用例10一种物理量检测器的制造方法，其特征在于，为应用例I至9中任一例所述的物理量检测器的制造方法，并且，所述第二接合材料的熔点高于，所述物理量检测器向基板被安装时的加热温度。根据本发明，当在物理量检测器向基板安装时进行加热之际，能够防止第二接合材料的再熔融，能够压制因由于第二接合材料的再熔融而导致的压敏元件的热变形所引起的内部应力的变动，从而防止检测值的漂移，由此实现高精度的物理量的检测。应用例11一种物理量检测器的制造方法，其特征在于，所述物理量检测器具备压敏元件，其包括一对基部，和被配置在所述一对基部之间的压敏部；隔膜，其包括具备通过第二接合材料而与所述一对基部相接合的一对支承部的可挠部，和对所述可挠部的边缘进行支承的支承框部；固定部，其上通过第一接合材料而固定有所述支承框部，其中，所述第一接合材料具有低于所述第二接合材料的熔点的熔点，所述物理量检测器的制造方法包括将所述第二接合材料涂布在所述隔膜的一对所述支承部上的工序；对被涂布在一对所述支承部上的所述第二接合材料进行预烧成的工序；以厚于所述第二接合材料的厚度的方式将所述第一接合材料涂布在，所述隔膜中的设置有所述支承部的主面侧的所述支承框部上的工序；对被涂布在所述支承框部上的所述第一接合材料进行预烧成的工序；将所述第一接合材料加热到所述第一接合材料的熔点以上且小于所述第二接合材料的熔点，从而使用所述第一接合材料而将所述隔膜的所述支承框部和所述固定部接合在一起的第一接合工序；在使所述第二接合材料与所述压敏元件的所述一对基部接触的状态下，加热到所述第二接合材料的熔点以上，从而使用所述第二接合材料而将所述隔膜的一对所述支承部和所述压敏元件的所述一对基部接合在一起的第二接合工序。根据本发明，由于第二接合材料的熔点高于第一接合材料的熔点，因此在物理量检测器的制造后所实施的回流焊等的高温处理中，能够防止第二接合材料的再熔融，从而能够抑制由压敏元件的热变形而引起的内部应力的变动。而且，由于通过使涂布第一接合材料的厚度厚于第二接合材料，从而首先低熔点的第一接合材料在与接合部位接触的状态下熔融而实施接合，接下来高熔点的第二接合材料熔融而实施接合，因此能够避免如下的问题点，即，低熔点的第一接合材料在不与接合部位接触的状态下长时间暴露于熔点以上的温度中而结晶化，从而无法实施接合。应用例12如应用例11所述的物理量检测器的制造方法，其特征在于，在所述第一接合工序中，通过使被涂布在所述隔膜的所述支承框部上并被预烧成了的所述第一接合材料、与包围所述压敏部且具有所述固定部的功能的框部接触，并加热到所述第一接合材料的熔点以上且小于所述第二接合材料的熔点，从而使用所述第一接合材料而将所述支承框部和所述框部接合在一起。根据本发明，由于通过改变涂布第一接合材料和第二接合材料的厚度，从而首先 低熔点的第一接合材料在与框部接触的状态下熔融接合，接下来高熔点的第二接合材料与压敏元件的一对基部接触并熔融接合，因此能够避免如下的问题点，即，低熔点的第一接合材料在不与框部接触的状态下长时间暴露于熔点以上的温度中，从而结晶化并无法接合。
图I为本发明的第一实施方式所涉及的压力传感器的展开立体图。图2为对该实施方式所涉及的压力传感器的动作进行说明的模式剖视图。图3为表示对应于低熔点玻璃中所含有的填充物的量的、熔点与热膨胀系数之间的关系的曲线图的一个示例。图4为对在隔膜层上预烧成第一接合材料以及第二接合材料的顺序进行说明的图。图5为对使所预烧成的第一接合材料以及第二接合材料熔融，从而将隔膜层和压敏元件层接合在一起的顺序进行说明的图。图6为第二实施方式所涉及的压力传感器的侧剖视图。图7为图6所示的压力传感器的沿A-A线的剖视图。图8为第三实施方式所涉及的压力传感器的侧剖视图。图9为改变例所涉及的压力传感器的展开立体图。图10(a)至图10(c)为表示使用了 AT切割振子以作为压敏部时的其他改变例所涉及的压力传感器的图，其中，图10(a)为该压力传感器的分解立体图，图10(b)为该压力传感器的模式剖视图，图10(c)为该压力传感器所具备的压敏元件层的俯视图。
具体实施例方式以下，参照附图对将本发明所涉及的物理量检测器应用于压力传感器时的实施方式进行详细说明。图I为第一实施方式所涉及的压力传感器的展开立体图，图2为对压力传感器的动作进行说明的模式剖视图。另外，在图I中省略了接合材料的图示。如图I所示，压力传感器I具备压敏元件层10 ;以气密密封的方式分别覆盖压敏元件层10的一个主平面侧以及另一个主平面侧的隔膜层(对应于“隔膜”)20和基座层(对应于“基座”)30。上述各个层10、20、30以水晶基板为基材。
压敏元件层10具有在中央部处作为压敏元件的双音叉元件106、和包围其周围的框型的框部108。在本实施方式中，框部108对应于“固定部”。双音叉元件106具有作为压敏部的一对平行的柱状梁16a、和与两个柱状梁16a的两端相连接的一对基部16b。双音叉元件106为，当对柱状梁16a施加牵拉应力或压缩应力时，其共振频率发生变化的频率变化型的压敏元件，且为所谓的双音叉型的压电振子。框部108通过从各个基部16b起在与柱状梁16a正交的方向上延伸的一对梁状的连接部Iio而与双音叉元件106相连接。在双音叉元件106上设置有未图示的激励电极、和从该激励电极起延伸的引出电极(引线电极)，并且所述引出电极经由连接部110而向框部108被引出。 隔膜层20在一个主平面侧具有承受被测定压力的受压面204。受压面204为具有可挠性的可挠部，并且在承受来自外部的被测定压力时发生挠曲变形。在受压面204的边缘形成有框型的支承框部206，并且该支承框部206被配置为，与所述压敏元件层10的所述框部108对置。在隔膜层20的另一个主平面侧且成为受压面204的背面侧的封闭侧的主平面上，设置有一对支承部210，所述一对支承部210用于固定双音叉元件106的一对基部16b，并通过受压面204的挠曲变形而将受压面204所承受的被测定压力转换为力，且向双音叉元件106传递。隔膜层20的各个支承部210与双音叉元件106的各个基部16b通过第二接合材料50而相接合。而且，隔膜层20的另一个主平面侧的支承框部206与压敏元件10的一个主平面侧的框部108通过第一接合材料40而相接合。在本实施方式中，第一接合材料40和第二接合材料50使用含有金属微粒的低熔点玻璃。而且，在第一接合材料40和第二接合材料50中，金属微粒的含量有所不同。在本实施方式中，使用PbO(氧化铅)以作为使接合材料含有的金属微粒。另外，所含有的金属微粒并不限定于PbO，也可以为，例如钛、铋、氧化银等。而且，在将第一接合材料40以及第二接合材料50分别涂布在接合部上时，使用在有机溶剂中溶解而成为膏状材料的材料。图3为表示对应于低熔点玻璃所含有的填充物(金属微粒)的量的、熔点(°C )与热膨胀系数(ppm/κ)之间的关系的曲线图的一个示例。如图3所示，例如，在填充物相对于低熔点玻璃的含量较少且熔点为330°C时，热膨胀系数为稍大于10ppm/K的程度。另一方面，当增大填充物相对于低熔点玻璃的含量从而使熔点成为252°C时，热膨胀系数为13ppm/K。以此种方式，越增大填充物相对于低熔点玻璃的含量，则熔点越降低且热膨胀系数越增大。利用这样的关系，从而能够通过调节使低熔点玻璃含有的填充物的量，来调节低熔点玻璃的熔点以及热膨胀系数。在本实施方式中，将第二接合材料50的熔点设定为320°C，热膨胀系数设定为llppm/K。由于将压力传感器I安装在电路基板等安装基板上时的回流焊的温度为270°C左右，因此通过将第二接合材料50的熔点设定为320°C，从而第二接合材料50不会由于回流焊而发生再熔融。由于双音叉元件106易受到由热变形所引起的内部应力的变化的影响，从而易发生压力检测值的漂移，因此通过防止将双音叉元件106与隔膜层20接合在一起的第二接合材料50的再熔融，从而能够防止压力检测值的漂移，由此实现高精度的压力检测。S卩，由于对所述压敏元件的所述一对基部和所述隔膜层进行接合的低熔点玻璃的熔点温度为320°C，因此当将加热温度设定为270°C，并通过回流焊而将本发明所涉及的压力传感器安装在电路基板上时，所述低熔点玻璃不会发生熔融。因而，能够防止所述压敏元件的所述一对基部与所述隔膜层的所述一对支承部之间的固定点，由于低熔点玻璃的熔融而发生偏移的情况。因此，在本发明所涉及的压力传感器中，由于在环境气氛的温度发生变化且随之产生了各个部件的膨胀或收缩时所产生的热变形的程度(水平)，在压力传感器的制造时和回流焊后不会产生差别，因此发挥了能够防止如下问题的优异效果，所述问题为，在具有如现有技术这种结构的压力传感器中成为了课题的、因所述 回流焊而在压敏元件中产生的内部应力的变化，导致应当检测出的压力值产生漂移等变动的问题。另外，上述的第二接合材料50的熔点以及热膨胀系数的值只不过为一个示例。只要对使低熔点玻璃含有金属微粒的量进行调节，以使第二接合材料50的熔点在不会成为回流焊温度以下的范围内降低，且增大热膨胀系数以使第二接合材料50的热膨胀系数更接近于水晶的热膨胀系数，便能够进一步减小压力检测值的漂移。另一方面,在本实施方式中,将第一接合材料40的熔点设定为260°C,热膨胀系数设定为13ppm/K。由于第一接合材料40与第二接合材料50相比,增大了混合的金属微粒的量，因此与第二接合材料50相比，熔点降低且热膨胀系数增大。水晶的热膨胀系数在Z切割基板(Z轴(光学轴)与主平面正交的基板)、或者、水晶基板中，于从室温到120°C的温度范围内，为约14ppm/K，所述Z切割基板为，在音叉型的压电振子中被普遍使用的、包含X轴(电轴)和Y轴(机械轴)在内的平面与主平面平行的基板，所述水晶基板为，以所述Z切割基板以水晶的X轴为旋转轴旋转了几度所得到的切割角而被切割出，从而使表示音叉型的压电振子的频率温度特性的、向上凸出的二次曲线的峰值温度(顶点温度)处于使用温度范围的中间的水晶基板。根据从本申请发明人所实施的实验的结果而得到的见解，可确认如下内容，即，当使热膨胀系数在±lppm/K以内的范围内相一致时，较为有效。而且，也明确了如下内容，即，当需要更高的检测精度时，优选使热膨胀系数在±0. lppm/K以内的范围内相一致。由于通过第一接合材料40而被接合的压敏元件层10的一个主平面侧的框部108的面积(隔膜层20的另一个主平面侧的支承框部206的面积)大于，通过第二接合材料50而被接合的压敏元件层10的基部16b的面积(隔膜层20的支承部210的面积)，因此，对于压力检测精度的降低而言，与由于回流焊而导致的再熔融的影响相比，由于第一接合材料40与通过该第一接合材料40而被接合的部分之间的热膨胀系数的偏差而产生的影响更大。因此，对于第一接合材料40而言，即使熔点变得低于回流焊温度，从而在回流焊等的高温处理时存在发生再熔融的可能性，也优先使热膨胀系数与水晶相一致。由此，能够减少由于温度变化而导致的压力检测值的漂移，从而能够提高压力检测值的精度。如上文所述，由于在压敏元件层10以及隔膜层20以水晶基板为基材时，对于受到因接合材料的再熔融而导致的压力检测值的漂移的影响较大的、支承部210与基部16b之间的接合，使用热膨胀系数较小但熔点较高的第二接合材料50，而对于受到由于热膨胀系数的偏差而产生的影响较大的、压敏元件层10的框部108与隔膜层20的支承框部206之间的接合，使用热膨胀系数较大且熔点较低的第一接合材料40，从而能够在整体上提高压力检测值的精度。以此种方式，通过分开使用熔点和热膨胀系数有所不同的两种接合材料，从而能够提供一种防止由于温度变化而导致的压力检测精度的降低，且不会由于回流焊等的高温处理而产生压力检测值的漂移的压力传感器I。
另外，在将压敏元件层10以及隔膜层20的基材设定为水晶基板以外的基材时，对于热膨胀系数而言，通过使第一接合材料40与通过第一接合材料40而被接合的部分(支承框部206、框部108)之间的热膨胀系数之差的绝对值小于，第二接合材料50与通过第二接合材料50而被接合的部分(支承部210、基部16b)之间的热膨胀系数之差的绝对值，从而可得到与上述相同的效果。基座层30为用于对收纳双音叉元件106的内部空间S进行密封的部件。基座层30被配置为，覆盖压敏元件层10的另一个主平面侧。在基座层30的压敏元件层10侧的主平面上，形成有用于形成内部空间S的凹部302。以包围凹部302的方式而设置有框型的外周框部304。该外周框部304通过第一接合材料40而与压敏元件层10的另一个主平面侧的框部108相接合，从而该外周框部304被用作为接合部。在本实施方式中，隔膜层20、压敏元件层10的框部108和基座层30构成了容器，而且，内部空间S由被隔膜层20、压敏元件层10的框部108和基座层30包围的空间构成。在基座层30的中央部处设置有在厚度方向上贯穿的密封孔306。该密封孔306是为了将内部空间S设定为真空而使用的。在此，由于通过第一接合材料40而被接合的压敏元件层10的另一个主平面侧的框部108的面积(基座层30的外周框部304的面积)大于，通过第二接合材料50而被接合的压敏元件层10的基部16b的面积(隔膜层20的支承部210的面积)，因此，如上文所述，与由于第一接合材料40的再熔融而导致的压力检测值的漂移的影响相比，由于第一接合材料40与通过该第一接合材料40而被接合的部分之间的热膨胀系数的偏差而导致的压力检测值的漂移的影响更大。因此，在对基座层30的外周框部304和压敏元件层10的另一个主平面侧的框部108进行接合时，通过使用虽然熔点较低从而在回流焊等的高温处理时存在发生再熔融的可能性，但却使热膨胀系数与水晶相一致的第一接合材料40，从而能够减少由于温度变化而产生的压力检测值的漂移，由此能够提高压力检测值的精度。另外，在将压敏兀件层10以及基座层30的基材设定为水晶基板以外的基材时，对于热膨胀系数而言，通过使第一接合材料40与通过第一接合材料40而被接合的部分(外周框部304、框部108)之间的热膨胀系数之差的绝对值小于，第二接合材料50与通过第二接合材料50而被接合的部分(支承部210、基部16b)之间的热膨胀系数之差的绝对值，从而可得到相同的效果。另外，虽然未图示，但是在露出于基座层30的外部的表面上设置有电极端子，并且该端子通过未图示的导电布线而在与双音叉元件106之间进行信号的输入输出。以上述方式而被构成的压力传感器I为如下的传感器，即，内部被气密性密封，并被保持为真空状态，从而对绝对压力进行检测的传感器。在此，参照图2对压力传感器I的基本动作进行说明。如图2所示，在压力传感器I中，当受到来自外部的压力时，隔膜层20的受压面204将向箭头标记A方向挠曲。通过该隔膜层20的受压面204的挠曲，从而隔膜层20的各个支承部210向彼此间的间隔扩大的箭头标记B方向位移。由此，因为在以跨接各个支承部210之间的状态而被接合的双音叉元件106的压敏部、即柱状梁16a上，向箭头标记B方向施加有牵拉力而发生位移，从而产生了牵拉应力，所以双音叉元件106的共振频率升高。另一方面，在来自外部的压力低于压力传感器I内部的真空状态时，隔膜层20的受压面204向箭头标记A的相反侧的方向挠曲，从而各个支承部210向彼此间的间隔缩窄的、箭头标记B的相反侧的方向位移。由此，由于在双音叉元件106上施加有压缩力而发生位移，从而产生了压缩应力，所以双音叉元件106的共振频率降低。 双音叉元件106与未图示的振荡电路电连接，并通过由该振荡电路供给的交流电压而以固有的共振频率振动。所述振荡电路输出表示双音叉元件106的共振频率的电信号，并且未图示的运算单元根据由该信号所表示的共振频率的变化而对压力进行计算。相对于所施加的力，双音叉元件106的共振频率的变化较大，从而能够以高灵敏度对压力进行检测。即，由于双音叉型压电振子与使用了 AT切割水晶的厚度切变振子等相比，由在压敏部(柱状梁)上产生的拉伸长或压缩应力所引起的共振频率的变化极大，从而共振频率的可变幅度较大，因此在如对微小的物理量的差(压力差)进行检测这样的、分解能力优异的力传感器中，为优选的压敏元件。接下来，参照图4以及图5对压力传感器I的制造方法的一个示例进行说明。首先，参照图4对在隔膜层20上预烧成第二接合材料50以及第一接合材料40的顺序进行说明。在图4的各个工序的(a)中图示了隔膜层20的模式剖视图，(b)中图示了从另一个主平面侧观察隔膜层20时的俯视图。另外，隔膜层20通过光刻技术、蚀刻技术或喷砂法等的加工方法而形成。首先，使用印网掩膜(screen mask) A，将溶解在有机溶剂中而成为膏状的第二接合材料50涂布在隔膜层20的一对支承部210的表面上(工序I)。接下来，以390°C左右的温度对第二接合材料50进行预烧成。此时，有机成分从第二接合材料50中挥发(工序2)。接下来，使用印网掩膜B，以厚于第二接合材料50的方式将溶解在有机溶剂中而成为膏状的第一接合材料40涂布在，隔膜层20的另一个主平面侧的支承框部206上(工序3)。接下来，以290°C对第一接合材料40进行预烧成(工序4)。接下来，参照图5对使所预烧成的第一接合材料40以及第二接合材料50熔融，从而将隔膜层20和压敏元件层10接合在一起的顺序进行说明。图5中的各个工序所示的图为隔膜层20的模式剖视图。首先，使隔膜层20上的被预烧成的第一接合材料40、与压敏元件层10的框部108接触。然后，以第一接合材料40的熔点(260°C )以上且小于第二接合材料50的熔点(3200C )的温度，例如280°C的温度，加热十分钟左右，以使第一接合材料40熔融，从而由第一接合材料40将隔膜层20的支承框部206和压敏元件层10的框部108接合在一起(工序5，第一接合工序)。
由于在工序5中第一接合材料40熔融，因此隔膜层20的第二接合材料50与压敏元件层10的基部16b接触。在该状态下以第二接合材料50的熔点(320°C )以上的温度，例如330°C的温度，加热十分钟左右，以使第二接合材料50熔融，从而由第二接合材料50将隔膜层20的支承部210和压敏元件层10的基部16b接合在一起(工序6，第二接合工序)。通过如上述那样的压力传感器I的制造方法，从而首先低熔点的第一接合材料40在与压敏元件层10接触的状态下熔融而实施接合，接下来高熔点的第二接合材料50与压敏元件层10接触并熔融从而实施接合。因此，能够避免如下的问题，即，低熔点的第一接合材料40在不与压敏元件层10接触的状态下长时间暴露于熔点以上的温度中而结晶化，从而无法实施接合的问题。另外，此后实施的压敏元件层10与基座层30之间的、通过第一接合材料40而实施的接合，能够通过组合所述第三工序以及第六工序组合来实施，所述第三工序以及第六工序为，用于利用第一接合材料40将压敏元件层10和隔膜层20接合在一起的工序。接下来，对第二实施方式进行说明。图6为第二实施方式所涉及的压力传 感器IA的侧剖视图，图7为图6所示的压力传感器IA的沿A-A线的剖视图。在这些图中对与第一实施方式中所说明的结构相同的部分标记相同的符号，且省略其说明。第二实施方式与第一实施方式的不同点在于，第二实施方式所涉及的压力传感器IA不具有第一实施方式中所说明的包围双音叉元件106的框部108、和对该框部108和双音叉元件106进行连接的连接部110。因此，虽然在第一实施方式中，框部108与“固定部”相对应，并以隔着压敏元件层10的方式，使用第一接合材料40而将隔膜层20的支承框部206和与该支承框部206对置的基座层30的外周框部304接合在一起，从而形成三层结构，但在第二实施方式中，基座层30与“固定部”相对应，并使用第一接合材料40而将隔膜层20的支承框部206和与该支承框部206对置的基座层30的外周框部304接合在一起，从而形成两层结构。在第二实施方式中，隔膜层20和基座层30构成了容器，并且内部空间S由被隔膜层20和基座层30包围的空间构成。作为压力传感器IA的制造方法，可以使用与第一实施方式相同的方法。但是，在第二实施方式中的与第一实施方式的图5所示的工序5相对应的工序中，当在使隔膜层20的一个主平面朝向上方的状态下，通过第一接合材料40而使隔膜层20的支承框部206与基座层30的外周框部304接触时，由于在第二实施方式中，在双音叉元件106的四周不存在框部，因此无法事先将双音叉元件106支承在内部空间S内。因此，在第二实施方式中，只需在使隔膜层20的另一个主平面朝向上方的状态下，将双音叉元件106的一对基部16b载置于隔膜层20的一对支承部210上，且将基座层30的外周框部304载置于隔膜层20的支承框部206上，再实施工序5以后的工序即可。其他的结构与第一实施方式相同。接下来，对第三实施方式进行说明。图8为第三实施方式所涉及的压力传感器IB的侧剖视图。在该图中，对与上述的实施方式中所说明的结构相同的部分标记相同符号，且省略其说明。第三实施方式所涉及的压力传感器IB与第二实施方式所涉及的压力传感器IA的不同点在于，相对于第二实施方式所涉及的压力传感器IA为绝对压力计，第三实施方式所涉及的压力传感器IB为相对压力计。第三实施方式所涉及的压力传感器IB具备隔膜层30A，以代替第二实施方式所涉及的压力传感器IA所具备的基座层30。而且，在隔膜层20与隔膜层30A之间设置有用于将一侧隔膜层的变形向另一侧传递的支柱60。该支柱60只需被配置在双音叉元件106的两侧即可。在这种结构的压力传感器IB中，当在隔膜层20侧负荷有压力时，受压面204向图中下侧变形。由此，被固定在支承部210上的双音叉元件106受到牵拉的力，从而其频率增加。另一方面，当在隔膜层30A侧负荷有压力时，隔膜层30A的主平面向图中上侧变形。通过设置有支柱60，从而依照隔膜层30A的变形，隔膜层20的受压面204也向图中上侧变 形。由此，由于一对支承部210朝向中心方向倾斜，因此被固定在支承部210上的双音叉元件106受到压缩的力，从而其频率降低。以此种方式，不论是在隔膜层20、30A中的哪一个上负荷有压力的情况下，压力传感器IB均能够对该压力进行检测。其他的结构与第二实施方式相同。另外，虽然在上述的实施方式中，使用了一对柱状梁16a以作为压敏部，但压敏部并不限定于此。例如，如图9所示，也可以由一个柱状梁(也称为单梁)构成压敏部。而且，也可以使用利用了 AT切割水晶的厚度切变振子(以下，称为AT切割振子)，以作为压敏部。通过使用AT切割振子以作为压敏部，从而能够提高相对于温度的频率稳定性，由此使频率温度特性变得良好，且能够成为耐冲击且坚固的压力传感器。图10(a)图示了使用AT切割振子以作为压敏部的压力传感器IC的分解立体图的一个示例，图10(b)图示了该压力传感器IC的模式剖视图，图10(c)图示了该压力传感器IC所具备的压敏元件层IOA的俯视图。在这些图中，对与上述的实施方式中所说明的结构相同的部分标记相同的符号，并省略其说明。如这些图所示，压力传感器IC为，将第一实施方式所涉及的压力传感器I所具备的双音叉元件106的一对柱状梁16a置换为AT切割振子17的结构。AT切割振子17具备以被称为AT切割的切割角而被切割出的水晶片17a。另外，AT切割是指，以使如下的面成为主平面的方式而进行切割的切割角，所述面为，使包含作为水晶的结晶轴的X轴和Z轴在内的平面(Y面)以X轴为旋转轴，从+Z轴向-Y轴方向旋转约35度15分而得到的面。在该水晶片17a的表面以及背面(未图示)的中央部处，设置有用于使该水晶片17a激励的激励电极17b。在激励电极17b上连接有引出电极17c，并且该引出电极17c朝向水晶片17a的长度方向的一侧的边缘而被弓丨出。该引出电极17c经由被设置在基部16b上的贴装电极60、以及被设置在连接部110和框部108上的连接布线92，而与被设置在框部108上的框部侧贴装电极94导通。在由隔膜层20和基座层30夹持压敏元件层10时，框部侧贴装电极94设置于，在俯视观察时与隔膜层20的支承框部206以及基座层30的外周框部304重叠的位置处。而且，框部侧贴装电极94通过未图示的连接布线，而与被设置在压力传感器IA的外部的电极导通。这样的压力传感器1C，与在上述的实施方式中参照图2而进行了说明的压力传感器I以同样的方式进行动作。即，当隔膜层20受到被检测压力而挠曲并发生位移时，其位移通过隔膜层20而被转换为力，并向AT切割振子17传递。在被传递了力的AT切割振子17中产生有内部应力(牵拉应力、压缩应力)，从而共振频率发生变化。对该共振频率的变化进行测定，从而能够检测出被检测应力。如上述说明那样，虽然在构成压力传感器的各个部件以水晶基板为基材时，将对作为压敏元件的双音叉元件106进行接合的第二接合材料50设定为，热膨胀系数较小且与水晶之间的热膨胀系数之差较大，但由于通过使熔点高于第一接合材料40，从而在回流焊等的高温处理中不会发生再熔融，由此能够抑制因搭载于隔膜上的压敏元件的热变形而引起的内部应力的变动。而且，对于构成压力传感器的部件的框部分的接合而言，由于与因第一接合材料40的再熔融而导致的压力检测值的漂移的影响相比，因第一接合材料40与通过该第一接合材料40而被接合的部分之间的热膨胀系数的偏差而产生的影响较大，因此通过使用热膨胀系数与水晶接近的第一接合材料40来实施接合，从而能够防止因热膨胀系数的偏差而引起的压力检测值的漂移，从而能够提高压力检测值的精度。而且，由于在压力传感器的制造时，通过使加热前的第一接合材料40的厚度厚于第二接合材料50的厚度，从而能够首先在低熔点的第一接合材料40与压敏元件层10接触的状态下使第一接合材料40熔融，接下来在高熔点的第二接合材料50与压敏元件层10接触的状态下使第二接合材料50熔融，因此能够避免如下的问题，即，低熔点的第一接合材料40在不与接合对象部位接触的状态下长时间暴露于熔点以上的温度中而结晶化，从而无法实施接合的问题。虽然在上述的实施方式中，使用对气体或液体的压力进行检测的压力传感器进行了说明，但是本发明所涉及的物理量检测器并不限定于此，当然也能够广泛应用于，对通过由手指等直接进行按压时的所述手指的按压而产生的外力进行检测的力传感器，和对其他的物理量进行检测的传感器。符号说明I、IA :压力传感器；10、10A :压敏元件层；106:双音叉元件；16a:柱状梁；16b :基部；17:AT切割振子；17a:水晶片；17b:激励电极；17c:引出电极；108 :框部；110:连接部；20:隔膜层；204:受压面；206 :支承框部；210 :支承部；30 :基座层；302:凹部；
304 :外周框部；306 :密封孔；40 :第一接合材料；50 :第二接合材料；60:支柱。权利要求
1.ー种物理量检测器，其特征在于，具备 压敏元件，其包括ー对基部，和被配置在所述ー对基部之间的压敏部； 隔膜，其包括具备通过第二接合材料而与所述ー对基部接合的一对支承部的可挠部，和对所述可挠部的边缘进行支承的支承框部； 固定部，其上通过第一接合材料而固定有所述支承框部， 所述第二接合材料的熔点高于所述第一接合材料的熔点。
2.如权利要求I所述的物理量检测器，其特征在干， 所述第一接合材料的热膨胀系数与通过所述第一接合材料而被接合的部分的热膨胀系数大致相等。
3.如权利要求I或2所述的物理量检测器，其特征在干， 所述第一接合材料与通过该第一接合材料而被接合的部分之间的热膨胀系数之差的绝对值小于，所述第二接合材料与通过该第二接合材料而被接合的部分之间的热膨胀系数之差的绝对值。
4.如权利要求I或2所述的物理量检测器，其特征在干， 包括具备所述固定部的功能的基座， 所述基座和所述隔膜以覆盖所述压敏元件的方式而被层叠。
5.如权利要求I或2所述的物理量检测器，其特征在干， 包括框部，其包围所述压敏元件；连接部，其对该框部和所述压敏元件进行连结， 所述框部具备所述固定部的功能。
6.如权利要求I或2所述的物理量检测器，其特征在干， 所述隔膜、所述框部和基座以覆盖所述压敏元件的方式而被层叠， 所述框部使用所述第一接合材料而被接合在与该框部对置的所述基座的接合部上。
7.如权利要求I或2所述的物理量检测器，其特征在干， 通过所述第一接合材料而被接合的部分为水晶， 所述第一接合材料的热膨胀系数大于所述第二接合材料的热膨胀系数。
8.如权利要求I或2所述的物理量检测器，其特征在干， 所述第二接合材料为玻璃材料。
9.如权利要求8所述的物理量检测器，其特征在干， 所述玻璃材料含有金属微粒。
10.ー种物理量检测器的制造方法，其特征在干， 所述物理量检测器具备 压敏元件，其包括ー对基部，和被配置在所述ー对基部之间的压敏部； 隔膜，其包括具备通过第二接合材料而与所述ー对基部接合的一对支承部的可挠部，和对所述可挠部的边缘进行支承的支承框部； 固定部，其上通过第一接合材料而固定有所述支承框部， 其中，所述第一接合材料具有低于所述第二接合材料的熔点的熔点， 所述物理量检测器的制造方法包括 将所述第二接合材料涂布在所述隔膜的一对所述支承部上的エ序； 对被涂布在所述ー对支承部上的所述第二接合材料进行预烧成的エ序；以厚于所述第二接合材料的厚度的方式将所述第一接合材料涂布在，所述隔膜中的设置有所述支承部的主平面侧的所述支承框部上的エ序； 对被涂布在所述支承框部上的所述第一接合材料进行预烧成的エ序； 将所述第一接合材料加热到所述第一接合材料的熔点以上且小于所述第二接合材料的熔点，从而使用所述第一接合材料而将所述隔膜的所述支承框部和所述固定部接合在一起的第一接合エ序； 在使所述第二接合材料与所述压敏元件的所述ー对基部接触的状态下，加热到所述第ニ接合材料的熔点以上，从而使用所述第二接合材料而将所述隔膜的一对所述支承部和所 述压敏元件的所述ー对基部接合在一起的第二接合エ序。
11.如权利要求10所述的物理量检测器的制造方法，其特征在干， 在所述第一接合エ序中，通过使被涂布在所述隔膜的所述支承框部上并被预烧成了的所述第一接合材料、与包围所述压敏部且具有所述固定部的功能的框部接触，并加热到所述第一接合材料的熔点以上且小于所述第二接合材料的熔点，从而使用所述第一接合材料而将所述支承框部和所述框部接合在一起。
12.如权利要求10或11所述的物理量检测器的制造方法，其特征在干， 所述第二接合材料的熔点高于所述物理量检测器向基板被安装时的加热温度。
全文摘要
本发明提供一种物理量检测器及其制造方法，其减少产生由于回流焊等高温处理而导致的压力检测值的漂移的情况。使用第一接合材料(40)而将压力传感器(1)的隔膜层(20)的支承框部(206)和固定部接合在一起，并使用第二接合材料(50)而将压敏元件层(10)的一对基部(16b)和一对支承部(210)接合在一起，其中，所述第二接合材料(50)具有高于第一接合材料(40)的熔点的熔点。
文档编号G01L7/08GK102650559SQ20121004463
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月23日 优先权日2011年2月25日
发明者大户正之 申请人:精工爱普生株式会社