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公開番号2025098987
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2024224315
出願日2024-12-19
発明の名称表面波共振器を備えたセンサ装置
出願人ヴィーカアレクサンダーヴィーガントソシエタスヨーロピアウントコンパニーコマンディートゲゼルシャフト,WIKA Alexander Wiegand SE & Co.KG
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01L 1/00 20060101AFI20250625BHJP(測定;試験)
要約【課題】表面波共振器を備えた新規なセンサ装置を提供する。
【解決手段】金属製の支持体基板200とチップボディ310を備えた表面波共振器300とを含むセンサ装置100に関する。チップボディ310の上面313に、共振器構造320が埋め込まれているかまたは共振器構造320が被着されている。表面波共振器300は、ガラス層400によって支持体基板200上に固定されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
センサ装置（１００）であって、
－金属製の支持体基板（２００）と、
－チップボディ（３１０）、および
前記チップボディ（３１０）の上面（３１３）に埋め込まれているかまたは前記上面（３１３）に被着されている共振器構造（３２０）
を備えた表面波共振器（３００）と
を含み、ここで、
前記表面波共振器（３００）は、ガラス層（４００）によって前記支持体基板（２００）上に固定されている、センサ装置（１００）。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記ガラス層（４００）は、少なくとも部分的に、前記チップボディ（３１０）の上面（３１３）の反対側の下面と前記支持体基板（２００）との間に配置されており、前記ガラス層（４００）の外縁部（４１０）が前記チップボディ（３１０）の上面（３１３）と下面との間に形成された縁部面を取り囲んでいる、請求項１記載のセンサ装置（１００）。
【請求項３】
－前記チップボディ（３１０）は基本形状（３１６）を有しており、
－前記ガラス層（４００）は、前記チップボディ（３１０）の基本形状（３１６）に対して対称である基礎形状（４１３）を有しており、
－前記チップボディ（３１０）はセンタリングされており、かつ前記ガラス層（４００）の基礎形状（４１３）に対して対称となるように位置決めされている、
請求項２記載のセンサ装置（１００）。
【請求項４】
前記外縁部（４１０）は、前記基礎形状（４１３）の各コーナー部（４１４）に、外側へ配向されたそれぞれ１つの隆起部（４１６）を有する、請求項３記載のセンサ装置（１００）。
【請求項５】
前記外縁部（４１０）は、
－前記基礎形状（４１３）の連続する２つのコーナー部（４１４）間の少なくとも１つの位置において、少なくとも部分的に、前記チップボディ（３１０）の最も近い側縁部（３１４）から最大で第１の長さ（Ｌ１）だけ離間されており、さらに、
－前記隆起部（４１６）のうちの少なくとも１つにおいて、少なくとも部分的に、前記チップボディ（３１０）の最も近いコーナー部（３１１）から少なくとも第２の長さ（Ｌ２）だけ離間されており、ここで、
前記第２の長さ（Ｌ２）は、前記第１の長さ（Ｌ１）よりも少なくとも１０％大きく、特に少なくとも５０％大きく、特に少なくとも１００％大きい、
請求項４記載のセンサ装置（１００）。
【請求項６】
前記外縁部（４１０）は、
－隣り合う２つの隆起部（４１６）の各対間のそれぞれ少なくとも１つの位置において、少なくとも部分的に、最大で前記第１の長さ（Ｌ１）に相当する、前記チップボディ（３１０）のそれぞれ最も近い側縁部（３１４）までの距離を有しており、さらに、
－それぞれ各隆起部（４１６）において、少なくとも部分的に、少なくとも前記第２の長さ（Ｌ２）に相当する、前記チップボディ（３１０）のそれぞれ最も近いコーナー部（３１１）までの距離を有している、
請求項５記載のセンサ装置（１００）。
【請求項７】
前記基礎形状（４１３）は、全ての側部において、前記チップボディ（３１０）の基本形状（３１６）から横方向で最小距離（Ｍ）だけ突出しており、前記最小距離（Ｍ）は、前記チップボディ（３１０）の高さ（Ｈ）の３倍～７倍、特に４倍～６倍、特に５倍である、請求項３から６までのいずれか１項記載のセンサ装置（１００）。
【請求項８】
前記基本形状（３１６）は、少なくとも４つのコーナー部（３１１）のうちの偶数個と少なくとも２つの対称軸線（３１２）とを有しており、
前記基礎形状（４１３）は、対応する数のコーナー部（４１４）と対称軸線（４１５）とを有している、
請求項３から７までのいずれか１項記載のセンサ装置（１００）。
【請求項９】
前記外縁部（４１０）は、
－少なくとも部分的に、前記チップボディ（３１０）の少なくとも１つの側縁部（３１４）に沿った領域において、前記チップボディ（３１０）から最大で第１の長さ（Ｌ１）だけ離間されており、さらに、
－少なくとも部分的に、前記チップボディ（３１０）の少なくとも１つのコーナー部（３１１）の領域において、前記コーナー部（３１１）から少なくとも第２の長さ（Ｌ２）だけ離間されており、ここで、
前記第２の長さ（Ｌ２）は、前記第１の長さ（Ｌ１）よりも少なくとも１０％大きく、特に少なくとも５０％大きく、特に少なくとも１００％大きい、
請求項２記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１０】
前記外縁部（４１０）は、
－それぞれ少なくとも部分的に、前記チップボディ（３１０）の各側縁部（３１４）に沿った各領域において、前記チップボディ（３１０）から最大で前記第１の長さ（Ｌ１）だけ離間されており、さらに、
－それぞれ少なくとも部分的に、前記チップボディ（３１０）の各コーナー部（３１１）のそれぞれの領域において、前記コーナー部（３１１）から少なくとも前記第２の長さ（Ｌ２）だけ離間されている、
請求項９記載のセンサ装置（１００）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、受動型表面波共振器（英語では“surface acoustic wave resonator”であり、以下ではＳＡＷ共振器と略記する）を備えたセンサ装置であって、変形ボディにおける機械的応力の測定または歪み測定を行うように構成されている、センサ装置に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【０００２】
受動型音響表面波センサ（ＳＡＷ共振器）は、一般的には、特に過酷な環境において物理的条件を無線で監視するために使用されている。しかし、歪み測定のための用途における限界は、通常、ＳＡＷ共振器を変形ボディの表面に接続する機能的中間層の設計から生じる。
【０００３】
機械的な歪み測定、例えばトルク測定または力測定の用途では、ＳＡＷ共振器は、通常、中間層を用いて変形ボディの表面に接着されるか、または変形ボディに直接に被着される。以下では、変形ボディの表面を支持体基板と称する一方、場合により設けられる中間層をＳＡＷ共振器基板、ＳＡＷウェハ基板またはチップボディと称する。
【０００４】
金属製の変形支持体の表面にＳＡＷ共振器を直接に組み込むことは、圧電層のデポジションに対して高い要求を課す。従来のＳＡＷウェハ基板上での製造と比較して、これらのデバイスは、品質係数が格段に低く、信号特性が劣悪であり、しかもセンサ当たりの製造コストが著しく高い。さらに、圧電層は、大きな負荷を受けたときに亀裂を生じやすい。
【０００５】
ポリマーフィルムをベースとして歪みセンサを取り付ける場合と同様に、支持体基板にＳＡＷ共振器を取り付ける場合にも、保護が確立されている接着接続が使用される。高性能な接着剤の使用は、ここでの接続技術が高い歪み伝達比を達成する能力を有することを示す。ポリマーフィルムをベースとした弾性歪みセンサに比べて、圧電式ＳＡＷ共振器の剛性は著しく高い。このため、接着接続の最適化された設計にもかかわらず、時間依存性および温度依存性の効果が生じる。特に、接着剤のガラス転移温度の領域においては、歪み伝達特性に有意な変化が生じ、ＳＡＷ共振器に不可逆的な不調が起こる。
【０００６】
高反応性ナノフィルムを使用した金属製の支持体基板を備えたＳＡＷセンサにつき、被着された後面金属化部を溶融させるアプローチは、ＳＡＷ共振器内部の温度勾配に基づいて、局所的に導入される強い熱応力を生じさせる。さらに、金属の界面の溶融に必要な高温により、ＳＡＷ共振器基板の結晶構造が損傷を受ける。
【０００７】
したがって、拡張された動作温度領域および高い歪み伝達率に対するＳＡＷ共振器を過酷な環境条件のもとで金属製の変形ボディ上に固定するための、代替的な結合方法（以下ではボンディング方法とも称する）が必要とされる。
【０００８】
発明の課題
本発明の課題は、表面波共振器を備えた新規なセンサ装置を提供することである。
【０００９】
この課題は、請求項１記載の特徴を有するセンサ装置によって解決される。
【００１０】
本発明の有利な各構成は、各従属請求項の対象となっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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