図面 (/)

技術 物理量センサ

出願人 株式会社デンソー
発明者 山本康雄原田翔太勅使河原明彦
出願日 2015年3月25日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2015-063010
公開日 2016年10月20日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2016-184805
状態 特許登録済
技術分野 力の測定一般 トルクの測定 圧電、電歪、磁歪装置 弾性表面波素子とその回路網
主要キーワード 突起状構造 励起成分 各電極構造 形成予定位置 抑制膜 物理量センサ 防湿効果 SAW
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年10月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (15)

課題

SAW素子被覆膜被覆する場合において、利得の低下を抑制することができる構造を提供する。

解決手段

SAW伝播方向において、温特抑制膜5の反射部7によるSAWの反射成分の中心がIDT3が発生させるSAWの励起成分の中心に対してずれるように、反射部7を構成する。このような反射部7を備えることにより、伝播路反射器4側には強いSAWが伝播され、伝播路や反射器4と反対側には弱いSAWしか伝播されないようにできるため、伝播方向を一方向に制限できる。そして、励起されるSAWのエネルギーは保存されるため、伝播方向が2方向とされるときと比較して、一方向とされることで、トルク検出に利用できるエネルギーを増加させることが可能となる。よって、SAW素子1によるトルク検出の利得の低下を抑制することが可能となる。

概要

背景

従来より、弾性表面波(以下、SAW(Surface Acoustic Wave)という)素子を用いた物理量センサがある。例えば、SAW素子を用いた物理量センサは、圧電基板の上に、2つの櫛形電極を組み合わせて構成されたストライプ状の電極(以下、IDT(Inter Digital Transducer)という)と、IDTに対向配置されたストライプ状の反射器を備えた構成とされる。

このように構成される物理量センサでは、IDTの各電極に入力信号を入力し、そのときに圧電基板の表面に発生させられるSAWが反射器で反射された反射波を受け取ったときにIDTから出力される信号を出力信号として、印加された物理量を検出する。すなわち、物理量に基づく歪みによってIDTと反射器との間の距離が変化すると、IDTが発した弾性波が反射波として戻ってくるまでに掛かる時間が変化することから、出力信号が発生させられる時間が変化する。このため、入力信号を入力してから出力信号が発生させられるまでの間の時間間隔である遅延時間に基づいて、発生している物理量を検出することができる。

SAWの速度およびIDTと反射器との間の距離は温度の影響を受けるため、この場合の遅延時間は、物理量だけでなく、温度によっても変化する。そのため、検出精度を向上させるためには、温度による遅延時間の変化を抑制することが重要である。そこで、温度による遅延時間の変化(以下、温度特性という)を抑制するために、IDTや反射器をシリコン酸化膜(SiO2)などの特性抑制膜被覆することで、温度係数を小さくすることが行われている(非特許文献1参照)。

また、SAW素子に水分が付着すると、特性変動などが生じ、好適な物理量検出が行えなくなる。このため、シリコン窒化膜(SiN)などの防湿膜で被覆することで、特性変動を抑制することが行われている。

概要

SAW素子を被覆膜で被覆する場合において、利得の低下を抑制することができる構造を提供する。SAWの伝播方向において、温特抑制膜5の反射部7によるSAWの反射成分の中心がIDT3が発生させるSAWの励起成分の中心に対してずれるように、反射部7を構成する。このような反射部7を備えることにより、伝播路や反射器4側には強いSAWが伝播され、伝播路や反射器4と反対側には弱いSAWしか伝播されないようにできるため、伝播方向を一方向に制限できる。そして、励起されるSAWのエネルギーは保存されるため、伝播方向が2方向とされるときと比較して、一方向とされることで、トルク検出に利用できるエネルギーを増加させることが可能となる。よって、SAW素子1によるトルク検出の利得の低下を抑制することが可能となる。

目的

本発明は上記点に鑑みて、SAW素子を被覆膜で被覆する場合において、利得の低下を抑制することができる構造を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板(2)と、前記圧電基板の表面上において、前記圧電基板の表面内における一方向に延設された互いに平行な歯を有する2つの櫛形電極(3a、3b)を、前記2つの櫛形電極それぞれの歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると前記圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長弾性表面波励起させ、前記圧電基板に備えられる伝播路伝播させる入力電極(3)と、前記伝播路を通じて伝播された前記弾性表面波を検知し、出力信号を発生させる出力電極(3)と、前記圧電基板上を被覆すると共に前記入電極と前記出力電極を被覆する被覆膜(5、8)と、を有する弾性表面波素子(1)を備え、印加された物理量に応じて前記伝播路の長さが変化することに基づいて、前記入力信号と前記出力信号との間の時間間隔である遅延時間より前記物理量の検出を行う物理量センサであって、前記被覆膜のうちの前記入力電極の上の位置には、前記2つの櫛形電極の歯の延設方向と同方向に延設された突起状構造部にて構成され、前記突起状構造部での反射によって前記弾性表面波の反射成分を生成し、前記伝播路の方向へは記弾性表面波の励起成分と前記反射成分とを強め合わせ、前記伝播路と反対方向へは前記励起成分と前記反射成分とを弱め合わせる反射部(7)が備えられていることを特徴とする物理量センサ。

請求項2

前記反射部は、前記励起成分の中心に対して、前記反射成分の中心が前記伝播路と反対側に所定のずれ量ずれる位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の物理量センサ。

請求項3

前記伝播路を挟んで前記入力電極と反対側に反射器(4)が配置され、該反射器で反射された前記弾性表面波が前記伝播路を通じて前記入力電極に返され、前記入力電極を前記出力電極として前記弾性表面波を検知し、前記出力信号を発生させることを特徴とする請求項1または2に記載の物理量センサ。

請求項4

前記反射器は、前記圧電基板の表面に形成された電極構造部(4a)と前記被覆膜の表面に形成された凸部(4b、4c)によって構成されていることを特徴とする請求項3に記載の物理量センサ。

請求項5

前記反射器は、前記被覆膜の表面に形成された凸部(4b、4c)のみによって構成されていることを特徴とする請求項3に記載の物理量センサ。

請求項6

前記反射部は、前記基板に対する法線方向および前記弾性表面波の伝播方向に対する平行面での断面形状が長方形とされていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の物理量センサ。

請求項7

前記反射部は、前記基板に対する法線方向および前記弾性表面波の伝播方向に対する平行面での断面形状が三角形とされていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の物理量センサ。

請求項8

前記三角形は、前記圧電基板の法線方向に対して、前記伝播路と反対側の一辺が平行、前記伝播路側の一辺が傾斜した直角三角形状であることを特徴とする請求項7に記載の物理量センサ。

請求項9

前記被覆膜は、温度変化に基づく前記遅延時間の変化を抑制する温特抑制膜(5)を含んでいることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の物理量センサ。

請求項10

前記被覆膜は、前記弾性表面波素子への水分の浸入を抑制する防湿膜(8)を含んでいることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の物理量センサ。

請求項11

前記所定波長をλとして、前記ずれ量が3/8λであることを特徴とする請求項2に記載の物理量センサ。

技術分野

0001

本発明は、弾性表面波素子を用いた物理量センサに関するものである。

背景技術

0002

従来より、弾性表面波(以下、SAW(Surface Acoustic Wave)という)素子を用いた物理量センサがある。例えば、SAW素子を用いた物理量センサは、圧電基板の上に、2つの櫛形電極を組み合わせて構成されたストライプ状の電極(以下、IDT(Inter Digital Transducer)という)と、IDTに対向配置されたストライプ状の反射器を備えた構成とされる。

0003

このように構成される物理量センサでは、IDTの各電極に入力信号を入力し、そのときに圧電基板の表面に発生させられるSAWが反射器で反射された反射波を受け取ったときにIDTから出力される信号を出力信号として、印加された物理量を検出する。すなわち、物理量に基づく歪みによってIDTと反射器との間の距離が変化すると、IDTが発した弾性波が反射波として戻ってくるまでに掛かる時間が変化することから、出力信号が発生させられる時間が変化する。このため、入力信号を入力してから出力信号が発生させられるまでの間の時間間隔である遅延時間に基づいて、発生している物理量を検出することができる。

0004

SAWの速度およびIDTと反射器との間の距離は温度の影響を受けるため、この場合の遅延時間は、物理量だけでなく、温度によっても変化する。そのため、検出精度を向上させるためには、温度による遅延時間の変化を抑制することが重要である。そこで、温度による遅延時間の変化(以下、温度特性という)を抑制するために、IDTや反射器をシリコン酸化膜(SiO2)などの特性抑制膜被覆することで、温度係数を小さくすることが行われている(非特許文献1参照)。

0005

また、SAW素子に水分が付着すると、特性変動などが生じ、好適な物理量検出が行えなくなる。このため、シリコン窒化膜(SiN)などの防湿膜で被覆することで、特性変動を抑制することが行われている。

先行技術

0006

Ultrasonics Symposium (IUS), 2010IEEE International S. Matsuda, M. Miura, T. Matsuda, M. Ueda, Y. Satoh and K. Hashimoto“ Investigation of SiO2 Film Properties for Zero Temperature Coefficient of FrequencySAWDevices ,”Proc. IEEE Ultrason. Symp. (2010) pp. 633-636

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、IDTや反射器を特性抑制膜や防湿膜などの被覆膜で被覆する場合、温度特性の抑制効果防湿効果を得ることが可能になるものの、被覆されることによって利得が低下するという問題が発生する。具体的には、IDTや反射器を被覆すると、SAW素子の特性として有する電気機械結合係数反射係数が変化し、これにより利得を低下させてしまう。

0008

本発明は上記点に鑑みて、SAW素子を被覆膜で被覆する場合において、利得の低下を抑制することができる構造を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するため、請求項1ないし11に記載の発明では、少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板(2)と、圧電基板の表面上において、圧電基板の表面内における一方向に延設された互いに平行な歯を有する2つの櫛形電極(3a、3b)を、2つの櫛形電極それぞれの歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長のSAWを励起させ、圧電基板に備えられる伝播路伝播させる入力電極(3)と、伝播路を通じて伝播されたSAWを検知し、出力信号を発生させる出力電極(3)と、圧電基板上を被覆すると共に入力電極と出力電極を被覆する被覆膜(5、8)と、を有するSAW素子(1)を備え、印加された物理量に応じて伝播路の長さが変化することに基づいて、入力信号と出力信号との間の時間間隔である遅延時間より物理量の検出を行う。

0010

このような構成において、被覆膜のうちの入力電極の上の位置には、2つの櫛形電極の歯の延設方向と同方向に延設された突起状構造部にて構成され、かつ、入力電極への入力信号の入力により励起されたSAWの励起成分の中心に対して、突起状構造部での反射によるSAWの反射成分の中心が所定のずれ量ずれる位置に配置された反射部(7)が備えられていることを特徴としている。

0011

このように、SAWの伝播方向において、被覆膜の反射部によるSAWの反射成分の中心が入力電極が発生させるSAWの励起成分の中心に対してずれるように、反射部を構成している。このような反射部を備えることにより、伝播路側には強いSAWが伝播され、伝播路と反対側には弱いSAWしか伝播されないようにできるため、伝播方向を一方向に制限できる。そして、励起されるSAWのエネルギーは保存されるため、伝播方向が2方向とされるときと比較して、一方向とされることで、物理量検出に利用できるエネルギーを増加させることが可能となる。よって、SAW素子による物理量検出の利得の低下を抑制することが可能となる。

0012

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

図面の簡単な説明

0013

本発明の第1実施形態にかかるSAW素子1を有する物理量センサの上面レイアウト図である。
図1のII−II断面図である。
図2中のIDT3近傍を示した断面図である。
伝播路や反射器4側に向くSAWの励起成分と反射成分を示した波形図である。
伝播路や反射器4と反対側に向くSAWの励起成分と反射成分を示した波形図である。
図2に示すSAW素子1の製造工程を示した断面図である。
図5(e)に示す工程をスパッタリング装置にて行う場合を示した断面図である。
斜め方向からスパッタ粒子を圧電基板2に入射する場合の温特抑制膜5の成膜状態を示した部分拡大断面図である。
斜め方向からスパッタ粒子を圧電基板2に入射することで温特抑制膜5を形成したときの断面図である。
第1実施形態の変形例で説明するSAW素子1の製造工程を示した断面図である。
本発明の第2実施形態にかかる物理量センサに備えられたSAW素子1の断面図である。
図10に示すSAW素子1の製造工程を示した断面図である。
本発明の第3実施形態にかかる物理量センサに備えられたSAW素子1の断面図である。
本発明の第4実施形態にかかる物理量センサに備えられたSAW素子1の断面図である。

実施例

0014

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

0015

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図1図8を用いて説明する。まず、本実施形態のSAW素子1の構成について説明する。ここでは、トルク検出を行うトルクセンサにSAW素子1を適用する場合を例に挙げて説明するが、SAW素子1を圧力センサなどの他の物理量を検出するセンサとして用いることもできる。

0016

SAW素子1は、図1および図2に示すように圧電基板2の表面上にIDT3と反射器4の一部を構成する電極構造部4aを備えた構成とされ、これらを図2に示すように温特抑制膜5によって被覆することによって構成されている。また、SAW素子1は、外部の装置として、制御装置6に接続されており、この制御装置6によって制御されることでトルク検出を行っている。

0017

圧電基板2は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム)LiTaO3等の圧電性材料で形成された平板状の基板である。

0018

IDT3は、入力信号に基づいてSAWを発生させる入力電極に相当するものである。IDT3は、図1に示すように、対向する2つの櫛形電極3a、3bの各歯が互いに平行かつ交互に並ぶように配置されており、例えばアルミニウム(Al)、金(Au)、銅(Cu)などの電極材料によって構成されている。各櫛形電極の歯は互いに平行に並べられ、本実施形態の場合は、IDT3を構成する櫛形電極3a、3bの歯のピッチを例えばλ/2で一定としているが、各歯のピッチについては任意に設定可能である。なお、λは本実施形態において使用するSAWの波長である。

0019

各櫛形電極3a、3bはそれぞれ制御装置6と接続するための配線端子に接続されており、これらを通じて制御装置6からの入力信号の入力や、制御装置6への出力信号の出力が為される。そして、制御装置6から入力信号が入力されることに基づき、IDT3は、各櫛形電極3a、3bの間に発生する電位差および圧電基板2の圧電効果による励起によりSAWを発生させ、伝播路および反射器4側に伝播させる。

0020

反射器4は、IDT3から伝播されるSAWの伝播方向に対して垂直に延設された複数の突起状構造部によって構成されるもので、伝播されてきたSAWを反射し、反射波を発生させてIDT3側に伝える。本実施形態では、IDT3の櫛形電極3a、3bを構成する電極材料によって構成した電極構造部4aと後述する温特抑制膜5の表面に形成された凸部4bとによって反射器4を構成している。そして、電極構造部4aと凸部4bそれぞれが突起状構造部を構成した構造とされており、本実施形態では、電極構造部4aと凸部4bが共に、図2に示す断面(圧電基板2の表面に対する法線方向およびSAWの伝播方向に対する平行断面)が長方形とされている。また、本実施形態では、反射器4は、複数の突起状構造部が等間隔に平行に並べられ、IDT3の各櫛形電極3a、3bの歯と対向して配置されている。各突起状構造部のピッチは、例えばIDT3を構成する櫛形電極の歯のピッチと同じとされている。なお、櫛形電極3aの各歯と櫛形電極3bの各歯の間の間隔は、上記したように、λ/2とされている。

0021

温特抑制膜5は、圧電基板2の表面上において、IDT3および反射器4を被覆するように設けられた被覆膜である。温特抑制膜5は、後述する遅延時間が温度により変化することを抑制するためのものであり、例えば、SiO2、GeO2、BeF2等、SAWの伝播速度に対して正の温度係数を持つ材料で形成されている。例えば、温特抑制膜5の膜厚は0.3λ程度とされている。

0022

温特抑制膜5の表面のうち、IDT3の上の位置には、SAWの反射成分を生成する突起状構造部にて構成された反射部7が形成され、IDT3から離間した位置には反射器4の一部を構成する凸部4bが形成されている。

0023

反射部7は、IDT3が発生させるSAWの励起成分が反射された反射成分を生成する。この反射成分が励起成分と干渉する干渉効果によって、伝播路および反射器4側に伝播される側には強め合ったSAWを発生させ、伝播路や反射器4と反対側に伝播される側には弱め合ったSAWを発生させる。図3に示すように、本実施形態では、反射部7は、断面が長方形となる形状とされており、櫛形電極3a、3bの各歯と対応する位置に形成されている。そして、SAWの伝播方向において、反射部7によるSAWの反射成分の中心がIDT3の発生させるSAWの励起成分の中心に対して伝播路と反対側にずれるように、反射部7が構成されている。

0024

本実施形態の場合、SAWの伝播方向において、反射部7を構成する各突起状構造部それぞれの中心がIDT3を構成する櫛形電極3a、3bの各歯の中心からずらされることで、SAWの反射成分の中心が励起成分の中心に対してずらされている。そして、SAWの反射成分の中心が励起成分の中心に対してずれ量aλずれるように、伝播路や反射器4と反対方向において、反射部7を構成する各突起状構造部それぞれの中心がIDT3を構成する櫛形電極3a、3bの各歯の中心からずらされている。

0025

このようにSAWの反射成分の中心が励起成分の中心に対してずらされると、図3中に示した伝播路や反射器4側に向くSAW(右方向の矢印)については、図4(a)に示される波形図のように、励起成分と反射成分の位相が近くて互いに強め合うように作用する。この右方向の実線矢印で示されたSAWをSAW(r)で示すと、SAW(r)は、次式で表され、励起成分と反射成分とが強め合って強いSAWを発生させる。

0026

(数1)
SAW(r)=aλ+aλ+1/4・λ
逆に、図3中に示した伝播路や反射器4と反対側に向くSAW(左方向の破線矢印)については、図4(b)に示される波形図のように、励起成分と反射成分とが逆位相に近くて互いに弱め合うように作用する。この左方向の矢印で示されたSAWをSAW(l)で示すと、SAW(l)は、次式で表され、励起成分と反射成分とが弱め合って弱いSAWしか発生させない。

0027

(数2)
SAW(l)=(1−a)λ+(1−a)λ+1/4・λ
このように、反射部7が備えられることにより、伝播路や反射器4側には強いSAWが伝播され、伝播路や反射器4と反対側には弱いSAWしか伝播されないようにできるため、伝播方向を一方向に制限できる。そして、励起されるSAWのエネルギーは保存されるため、伝播方向が2方向とされるときと比較して、一方向とされることで、トルク検出に利用できるエネルギーを増加させることが可能となり、利得を向上させることが可能となる。

0028

なお、aについてはSAW(r)がSAWの波長の1周期分であるλになるときが一番干渉効果が大きくなって強い波になることから、3/8になるときが最も良い。このため、反射部7を構成する各突起状構造部それぞれの中心が伝播路や反射器4と反対方向において、IDT3を構成する櫛形電極3a、3bの各歯の中心から3/8λずらされているときが最も効果が大きい。

0029

制御装置6は、CPU、ROM、RAM等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路など構成されるものであり、IDT3に対して入力信号を入力すると共に、IDT3の出力信号の基づいて物理量としてトルク検出を行う。具体的には、制御装置6は、IDT3への入力信号、例えば各櫛形電極3a、3bの間にパルス状の電位差を発生させる信号を入力することで、圧電効果に基づいてSAWを発生させる。これにより、反射器4から反射波が伝播され、その反射波に基づいて圧電効果によりIDT3の各櫛形電極3a、3bの間に電位差あるいは電荷が発生することから、制御装置6は、それを検出することで反射波が返って来たタイミングを検出する。そして、制御装置6は、SAWを発生させてから反射波が返って来るまでの間を遅延時間として、この遅延時間の測定を行う。印加されるトルクによってIDT3と反射器4との間の距離が変化し、この距離の変化によって遅延時間が変化することから、遅延時間を測定することで、トルクを検出することができる。

0030

このような構造により、本実施形態にかかるSAW素子1が構成されている。このように構成されるSAW素子1は、例えば、車両のエンジンにおけるクランク軸近辺に配置されるトルクセンサとして用いられ、クランク軸に掛かるトルクに基づいて圧電基板2が変形することを利用して、トルク検出を行う。

0031

つぎに、SAW素子1の動作について説明する。

0032

まず、制御装置6がIDT3の2つの櫛形電極3a、3bに対して入力信号を入力、例えば櫛形電極3a、3b間に電位差を発生させると、櫛形電極3a、3bを通して圧電基板2に電位差が発生する。これにより、圧電基板2のうちIDT3が形成された部分の表面において、圧電効果によるSAWが発生する。このとき、上記したように、励起成分と反射成分との干渉により、SAWは、伝播路や反射器4側には強い波で伝播され、伝播路や反射器4と反対側には弱い波でしか伝播されないようにできる。

0033

そして、SAWは圧電基板2の表面のうちIDT3と反射器4との間の伝播路を通じて伝播され、反射器4に到達する。その後、反射器4で反射されて、反射波としてIDT3に返って来る。この反射波に基づいて、圧電基板2のうちのIDT3が形成された部分の表面が反射波によって変形し、IDT3の櫛形電極3a、3b間に圧電効果による電位差が発生する。

0034

この電位差が出力信号として制御装置6に出力され、制御装置6は、IDT3に入力信号を入力してから、IDT3から出力信号が出力されるまでの遅延時間を測定する。

0035

SAW素子1がこのような動作をしているときに、圧電基板2がクランク軸に加わるトルクに基づいて歪むと、SAWの伝播路の長さが変化し、SAWがIDT3から反射器4で反射してIDT3に戻ってくるまでの遅延時間が変化する。この遅延時間の測定結果に基づいて、制御装置6は、ROM等の記憶領域に記憶された遅延時間とトルクとの関係をもとに、測定した遅延時間からトルクを検出する。

0036

続いて、本実施形態にかかるSAW素子1の製造方法について、図5図8を参照して説明する。

0037

まず、図5(a)に示すように圧電基板2を用意する。続いて、図5(b)に示すように、圧電基板2の表面全面にレジスト10を成膜したのち、露光現像を経て、レジスト10のうちIDT3や反射器4における電極構造部4aと対応する部分を露出させる。その後、図5(c)に示すように、レジスト10の上に例えば蒸着によって電極材料11を成膜する。これにより、レジスト10上に加えて圧電基板2のうちレジスト10が除去されて露出させられた部分に電極材料11が成膜される。

0038

そして、図5(d)に示すようにレジスト10を除去すると、電極材料11のうちレジスト10上に形成されていた部分がリフトオフによって除去され、圧電基板2の表面に形成されていた部分のみが残される。これにより、IDT3および反射器4のうちの電極構造部4aが構成される。

0039

その後、IDT3および反射器4を被覆するように、圧電基板2の表面に例えばシリコン酸化膜にて構成される温特抑制膜5を形成する。例えば、スパッタリングによって温特抑制膜5を形成しており、図6に示すように、圧電基板2の表面の法線方向に対して傾斜した斜め方向からスパッタ粒子が入射されるようにすることで、上記した構造の温特抑制膜5となるようにしている。

0040

例えば、図7に示すように、スパッタリング装置内において、ウェハホルダ20に圧電基板2を搭載し、この圧電基板2に対してスパッタターゲット21をずらした位置に配置する。これにより、圧電基板2の表面の法線方向に対する斜め方向からスパッタ粒子が圧電基板2に入射されるようにできる。このような方法によってスパッタリングを行うと、図8に示すように、圧電基板2の表面に突起状に形成されているIDT3や電極構造部4aに対して、スパッタターゲット側が厚く、その反対側が薄くなるようにして温特抑制膜5が形成される。これにより、上記した構造の温特抑制膜5となる。

0041

この後の工程については図示しないが、温特抑制膜5に対してIDT3に繋がる配線に接続された端子を露出させる部分などを形成することで、SAW素子1が完成する。

0042

以上説明したように、本実施形態のSAW素子1では、SAWの伝播方向において、温特抑制膜5の反射部7によるSAWの反射成分の中心がIDT3が発生させるSAWの励起成分の中心に対してずれるように、反射部7が構成されている。このような反射部7を備えることにより、伝播路や反射器4側には強いSAWが伝播され、伝播路や反射器4と反対側には弱いSAWしか伝播されないようにできるため、伝播方向を一方向に制限できる。そして、励起されるSAWのエネルギーは保存されるため、伝播方向が2方向とされるときと比較して、一方向とされることで、トルク検出に利用できるエネルギーを増加させることが可能となる。よって、SAW素子1によるトルク検出の利得の低下を抑制することが可能となる。

0043

(第1実施形態の変形例)
上記第1実施形態では、スパッタリングを斜め方向に行うことによって温特抑制膜5の一部として反射部7や凸部4bが形成されるようにした。これに限らず、反射部7や凸部4bを温特抑制膜5の成膜工程とは別工程として形成しても良いし、温特抑制膜5とは別部材で形成しても良い。

0044

例えば、図9(a)に示すように、IDT3および電極構造部4aが形成された圧電基板2の表面に温特抑制膜5を成膜したのち、図9(b)に示すように温特抑制膜5の表面を例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)などによって平坦化する。この後、図9(c)に示すように、温特抑制膜5の表面にレジスト30を配置した後、パターニングしてレジスト30を反射部7や凸部4bの形成予定位置にのみ残す。そして、レジスト30をマスクとした異方性エッチングを行うことで、図9(d)に示すように、温特抑制膜5の表面に反射部7や凸部4bを形成する。このように、温特抑制膜5の成膜工程の後、別工程として反射部7や凸部4bを形成しても良い。

0045

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して反射部7や反射器4の一部を構成する凸部4bの形状を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

0046

図10に示すように、本実施形態では、反射部7や凸部4bの断面形状が三角形とされている。具体的には、反射部7は、圧電基板2の法線方向に対して、伝播路と反対側の一辺が平行、伝播路側の一辺が傾斜した直角三角形状となるようにしている。このように、反射部7を三角形とした場合にも、反射部7によるSAWの反射成分の中心がIDT3が発生させるSAWの励起成分の中心に対してずれるようにできる。これにより、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。

0047

このような構造のSAW素子1の製造方法は、基本的には第1実施形態と同様であるが、反射部7や凸部4bの形成工程が第1実施形態に対して異なったものとなる。例えば、次のようにして本実施形態にかかるSAW素子1を製造することができる。

0048

まず、上記した第1実施形態の変形例に示したように、図11(a)、(b)に示す工程として、図9(a)、(b)に示す工程と同様の工程を行うことで、温特抑制膜5の表面を平坦化する。

0049

そして、図11(c)に示す工程として、図9(c)に示す工程と同様、レジスト30を配置した後、パターニングしてレジスト30を反射部7や凸部4bの形成予定位置に残す。ただし、このとき、IDT3からのSAWの伝播方向と同方向において、レジスト30のうち櫛形電極3a、3bの各歯と対応するそれぞれの部分での露光量を変化させる。これにより、IDT3からのSAWの伝播方向と同方向において、レジスト30のうち各歯と対応するそれぞれの部分での膜質を変化させられ、温特抑制膜5に対するエッチング選択比を変化させられる。つまり、レジスト30の各歯や各電極構造部4aと対応するそれぞれの部分において、紙面左側ではエッチングされ難く、紙面右側ではエッチングされ易くなる。このようなレジスト30を用いて温特抑制膜5をエッチングすると、レジスト30のエッチングに対する選択比が場所によって異なっていることに基づいて、図11(d)に示すように温特抑制膜5に断面形状が三角形の反射部7および凸部4bが形成される。

0050

このような製造方法により、本実施形態にかかるSAW素子1を製造することが可能となる。

0051

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1、第2実施形態に対してIDT3などの被覆膜を増やしたものであり、その他については第1、第2実施形態と同様であるため、第1、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは、第1実施形態の構造に対して本実施形態の構造を適用する場合について説明するが、第2実施形態の構造に対しても同様の適用できる。

0052

図12に示すように、本実施形態では、温特抑制膜5の上に、更に被覆膜として防湿膜8を配置している。防湿膜8は、例えばシリコン窒化膜や窒化アルミニウム窒化チタンなどの窒化膜で構成され、素子内への水分の侵入を抑制する。例えば、防湿膜8の膜厚は0.05〜0.08λ程度とされている。このような防湿膜8の表面に、突起状構造部にて構成された反射部7および凸部4cが形成されている。本実施形態の場合、温特抑制膜5の表面にも、反射部7や凸部4bが構成されており、これらの形状が引き継がれることで、その上に成膜された防湿膜8の表面に反射部7や凸部4cが形成されるようにしている。

0053

このように、防湿膜8を形成する場合にもその表面に反射部7を形成することで、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、防湿膜8の形成工程については、温特抑制膜5を形成した後に、例えばCVD(chemical vapor deposition)法などによって形成することによって行われる。このとき、温特抑制膜5に先に形成された反射部7や凸部4bの形状が引き継がれることになるため、防湿膜8に形成される反射部7や凸部4cも、温特抑制膜5に形成されたものと同様の効果を得ることができる突起状構造部となる。

0054

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1〜第3実施形態に対して反射器4の構成を変えたものであり、その他については第1〜第3実施形態と同様であるため、第1〜第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは、第1実施形態の構造に対して本実施形態の構造を適用する場合について説明するが、第2、第3実施形態の構造に対しても同様の適用できる。

0055

図13に示すように、本実施形態では、反射器4を温特抑制膜5の凸部4bのみによって構成し、第1〜第3実施形態で備えていた電極構造部4aについては備えていない構成としている。反射器4については、IDT3から伝播されたSAWを反射してIDT3側に返す役割を果たせば良く、IDT3から伝播されるSAWの伝播方向に対して垂直に延設された複数の突起状構造部によって構成されていれば良い。このため、必ずしも電極構造部4aが必要なわけではなく、温特抑制膜5に形成した凸部4bのみによって反射器4が構成されていても良い。

0056

なお、このような構造のSAW素子1の製造方法については、図9で示した温特抑制膜5を一旦平坦化してから反射部7をパターニングする場合と同様の方法を用いることができる。すなわち、IDT3を形成する際に電極構造部4aについては形成しないようにしておき、温特抑制膜5を形成してからその表面を平坦化し、さらにレジスト30をマスクとして温特抑制膜5をパターニングすることで、反射部7と共に凸部4bを形成すれば良い。

0057

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

0058

例えば、上記実施形態では、圧電基板2として、全部が圧電性材料で構成されたものを例に挙げて説明したが、少なくともSAWが伝播される表面が圧電性材料で構成されていれば良い。

0059

また、上記各実施形態で説明したIDT3や反射器4の上面レイアウトは一例であり、他のレイアウトであっても良い。すなわち、IDT3については発生させたSAWを一方向に向けて伝播できる構造であれば良く、反射器4についても、伝播してきたSAWをIDT3側に向けて反射できる構造であれば良い。

0060

また、反射部7を突起状構造部として説明したが、被覆膜の表面に凹部を形成し、凹部と凹部の間に位置する部分によって突起状構造部を構成しても良い。

0061

また、上記第3実施形態では、温特抑制膜5と防湿膜8を両方共に備える場合について説明したが、被覆膜として少なくともいずれか一方が備えられていれば良く、防湿膜8のみとしても良い。その場合、防湿膜8に反射部7を形成することで、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。

0062

上記第4実施形態では、温特抑制膜5に形成した凸部4bのみによって反射器4を構成する場合について説明したが、温特抑制膜5の凸部4bを無くして、電極構造部4aのみによって反射器4を構成しても良い。また、温特抑制膜5に代えて、もしくは温特抑制膜5と共に防湿膜8を形成する場合、防湿膜8の凸部4cのみによって反射器4を構成しても良いし、電極構造部4a、凸部4b、4cのいずれか1つもしくは2つのみによって反射器4を構成しても良い。

0063

また、上記実施形態では、反射部7の断面形状が長方形や三角形となる場合について説明したが、正確な長方形や三角形である必要はなく、例えば、角部が丸まっていたり、辺が直線ではなく湾曲した形状のものであっても良い。

0064

また、上記各実施形態では、反射器4によってIDT3から伝播されたSAWを反射器4で反射させると共に、その反射波をIDT3に返し、反射してきたSAWをIDT3で検知して、物理量に対応する出力を発生させる構成としている。これにより、IDT3と反射器4との間によって構成される伝播路でSAWを往復させることで遅延時間を長くでき、より物理量の検知精度を高めることが可能になる。また、1つのIDT3によって、入力信号に基づいてSAWを発生させる入力電極とSAWを検知して物理量に対応する遅延時間を含む出力信号を発生させる出力電極としての役割を果たすことが可能になる。しかしながら、この構造はSAW素子1の構成の一例を示したに過ぎない。例えば、反射器4を備えることなく、反射器4の部分に出力電極を備え、入力電極(IDT3)から伝播路を通じて伝播されてきたSAWを入力電極に対して伝播路と反対側に配置された出力電極によって検知する構成であっても良い。

0065

1SAW素子
2圧電基板
3 IDT
4反射器
5温特抑制膜
6制御装置
7反射部
8 防湿膜

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • パナソニックIPマネジメント株式会社の「 圧力センサ」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題・解決手段】本発明の圧力センサ1は、基板50と、基板50に積層され、β相五酸化三チタン(β−Ti3O5)の結晶粒及びλ相五酸化三チタン(λ−Ti3O5)の結晶粒の1種以上の結晶粒を有し、350℃... 詳細

  • 京セラ株式会社の「 弾性表面波素子」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】過帯域となるべき周波数において、主としてバルク波を要因とする複数のスプリアスを低減するSAW素子(弾性表面波素子)を提供する。【解決手段】SAW素子1は、圧電基板7と、該圧電基板の下面に貼り合... 詳細

  • セイコーエプソン株式会社の「 センサーデバイス、力検出装置およびロボット」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】安定した検出特性を発揮することのできるセンサーデバイス、力検出装置およびロボットを提供する。【解決手段】センサーデバイスは、第1部材と、第2部材と、前記第1部材と前記第2部材との間に配置されて... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ