特表2024-525544ロール・ツー・ロール微細サーマルワイヤマイクロフォン
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-12
(54)【発明の名称】ロール・ツー・ロール微細サーマルワイヤマイクロフォン
(51)【国際特許分類】
H01L 29/84 20060101AFI20240705BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20240705BHJP
H04R 31/00 20060101ALI20240705BHJP
B81C 1/00 20060101ALI20240705BHJP
H04R 21/02 20060101ALN20240705BHJP
【ＦＩ】
H01L29/84 A
B81B3/00
H04R31/00 Z
B81C1/00
H04R21/02
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024500148
(86)(22)【出願日】2022-07-06
(85)【翻訳文提出日】2024-03-05
(86)【国際出願番号】 US2022036224
(87)【国際公開番号】W WO2023283243
(87)【国際公開日】2023-01-12
(31)【優先権主張番号】63/219,317
(32)【優先日】2021-07-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】000004112
【氏名又は名称】株式会社ニコン
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(72)【発明者】
【氏名】ハシェミ・ファダード・アリ
【テーマコード（参考）】
3C081
4M112
【Ｆターム（参考）】
3C081AA01
3C081BA22
3C081BA32
3C081BA41
3C081BA72
3C081BA74
3C081CA03
3C081CA14
3C081CA15
3C081CA26
3C081CA28
3C081CA30
3C081CA31
3C081DA06
3C081DA10
3C081DA27
3C081EA01
3C081EA21
4M112AA06
4M112CA03
4M112CA04
4M112CA07
4M112DA03
4M112DA04
4M112DA09
4M112EA11
4M112FA01
(57)【要約】
マイクロワイヤセンサは、基板の上方に配置された導電性検知素子を備える。検知素子は、１つまたは複数の端部で基板に固定することができ、可撓性または他の基板上に形成された導電層をパターニングすることによって形成することができる。導電性接続パッドおよびバイアス抵抗器は、共通の導電層内の検知素子とともに形成することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板から離間されるように少なくとも１つの端部が前記基板に固定された、検知素子と、
前記検知素子に結合され、前記検知素子を加熱し、前記検知素子の振動に関連付けられた出力信号を生成するように動作可能であるセンサ回路と、
を備える、センサ。
【請求項2】
前記検知素子の前記振動に関連付けられた前記出力信号は、前記検知素子の温度の変化に対応する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項3】
前記検知素子は、第１の端部および第２の端部で前記基板に固定され、その結果、前記検知素子は、前記第１の端部から前記第２の端部まで延在し、前記基板から懸架される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項4】
前記検知素子と前記基板との間にギャップを画定するために、前記検知素子の前記少なくとも１つの端部に配置されたスペーサをさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項5】
前記基板は可撓性基板である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項6】
前記基板はポリエチレンテレフタレートである、請求項１に記載のセンサ。
【請求項7】
前記検知素子は金属である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項8】
前記検知素子に結合された抵抗導体をさらに備え、前記センサ回路は、前記抵抗導体によって前記検知素子に伝導される電流で前記検知素子を加熱するように動作可能である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項9】
前記基板上に画定された少なくとも１つの導電性パッドをさらに備え、前記導電性パッドおよび前記検知素子は共通の導電層内に画定される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項10】
前記基板上に画定された少なくとも１つの導電性パッドをさらに備え、前記少なくとも１つの導電性パッドおよび前記検知素子は異なる材料によって画定される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項11】
前記少なくとも１つの導電性パッドは、第１、第２、および中間の導電性パッドを備え、抵抗器が前記共通の導電層内に画定され、前記検知素子は、前記抵抗器によって前記第１の導電性パッドに結合され、前記第２の導電性パッドで前記基板に固定される、請求項９に記載のセンサ。
【請求項12】
前記第１、第２、および中間の導電性パッド、ならびに前記抵抗器の間に配置されたスペーサをさらに備え、前記検知素子は、スペーサ厚さに関連付けられたギャップによって前記基板から離間される、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項13】
前記抵抗器は、同じ導電層内に画定された蛇行ストリップを備える、請求項１２に記載のセンサ。
【請求項14】
前記少なくとも１つの端部は、第１の端部および第２の端部を含み、前記検知素子は、前記第１の端部および前記第２の端部で前記基板に固定され、前記基板から離間される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項15】
少なくとも前記検知素子の周りに配置されたエンクロージャをさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項16】
前記エンクロージャは不活性ガスで満たされる、請求項１５に記載のセンサ。
【請求項17】
前記エンクロージャは、前記基板から延在するエンクロージャ壁と、前記エンクロージャ壁にシールされエンクロージャ容積を画定するキャップ層とを含む、請求項１６に記載のセンサ。
【請求項18】
基板に結合された導電層を形成することと、前記基板から離間した導電性検知素子を画定するために前記導電層をパターニングすることであって、前記導電性検知素子の第１の固定端および第２の固定端が前記基板に固定される、パターニングすることと
を含む、方法。
【請求項19】
前記導電層はスペーサ層上に形成され、前記導電性検知素子は、前記スペーサ層の一部を除去することによって前記基板から離間される、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記導電性検知素子に関連付けられた位置で前記基板上にスペーサ層を形成することであって、前記導電層は、前記基板の露出部分および前記スペーサ層上に形成される、形成することと、前記導電性検知素子が前記基板から離間されるように前記スペーサ層を除去することと
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項21】
前記導電層内に抵抗器を画定することをさらに含み、前記抵抗器は、前記導電性検知素子を加熱するように動作可能である、請求項１８に記載の方法。
【請求項22】
前記抵抗器は蛇行導電性ストリップとして画定される、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記導電性検知素子は、軸に関して対称である複数のセグメントを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項24】
基板と、前記基板上に画定された複数のセンサであって、前記複数のセンサの各々は検知素子を含む、複数のセンサと、
前記検知素子と前記基板との間にギャップを画定するように前記複数のセンサの各々の前記検知素子および前記基板に結合された少なくとも１つのスペーサと
を含む、センサアレイ。
【請求項25】
前記検知素子および前記検知素子の各々の前記少なくとも１つのスペーサは、それぞれ同じ導電層および同じスペーサ内に画定される、請求項２４に記載のセンサアレイ。
【請求項26】
前記複数のセンサの各センサは、同じ導電層内に画定され前記検知素子に結合された第１、第２、および中間の導電性パッドと、
前記同じ導電層内に画定され前記検知素子ならびに前記第１、第２、および中間の導電性パッドのうちの選択された１つに結合された抵抗器と
をさらに含む、請求項２４に記載のセンサアレイ。
【請求項27】
前記基板は可撓性基板である、請求項２４に記載のセンサアレイ。
【請求項28】
前記センサの少なくともいくつかの抵抗器は異なる形状を有し、前記センサの少なくともいくつかの検知素子は異なる形状を有する、請求項２６に記載のセンサアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年７月７日に出願された米国仮出願第６３／２１９，３１７号の利益を主張し、これは参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、サーマルマイクロフォンに関する。
本出願は、２０２１年７月７日に出願された米国仮出願第６３／２１９，３１７号の利益を主張し、これは参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、サーマルマイクロフォンに関する。
【背景技術】
【0002】
いわゆる「熱線」マイクロフォンは、ヘルムホルツ共鳴器の出力に配置することができる加熱されたワイヤを使用し、共鳴器で音によって生成された空気流が加熱されたワイヤを冷却する。冷却は、検出および増幅することができる熱線の抵抗の変化をもたらす。このようなマイクロフォンは、Ｔｕｃｋｅｒ，ｅｔ ａｌ．，「Ａ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｈｏｔ－ｗｉｒｅ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ」、Ｐｈｉｌ．Ｔｒａｎｓ．Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ａ、１９２１年１月、３８９～４３０ページ、に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。このマイクロフォンは、ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数が通常低いため、単一の低周波数で有用である。また、加熱されたワイヤが大きく、冷却時定数が長いため、熱線マイクロフォンは高周波用途には有用ではない。このような加熱されたワイヤは、風速計および他の用途にも使用することができるが、低周波用途に限定される。高周波応答を提供し、剛性または可撓性基板上に複数のデバイスを製造することを可能にするアプローチが必要とされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Ｔｕｃｋｅｒ，ｅｔ ａｌ．，「Ａ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｈｏｔ－ｗｉｒｅ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ」、Ｐｈｉｌ．Ｔｒａｎｓ．Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ａ、１９２１年１月、３８９～４３０ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、基板から離間した導電層の一部などの検知素子を含むセンサに関する。検知素子は、通常、周囲温度とは異なる所定の温度に加熱または設定され、その結果、検知素子の振動が検知素子を冷却または加熱し、センサ素子の電気伝導率を変化させる。このようなセンサにより、音響波または外乱を検出および定量化することができる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
検知素子は、ロールとして設けられた基板を含む、剛性または可撓性基板上に形成された導電層の一部とすることができる。基板／検知素子のギャップは、適切な応答を提供するように選択することができ、ギャップは、１００ｎｍ～１０μｍの範囲または他の範囲とすることができる。典型的には、検知素子は、音響信号などの振動入力に応答してより大きな振動振幅を有する部分を有し、検知素子抵抗は、一般に、これらの部分において比較的大きくなるように選択される。そのようなセンサの製造方法も開示される。
【0006】
いくつかの例では、センサは、基板と、検知素子であって、検知素子が基板から離間されるように少なくとも１つの端部が基板に固定された、検知素子とを備える。センサ回路は、検知素子に結合され、検知素子を加熱し、検知素子の振動に関連付けられた出力信号を生成するように動作可能である。典型的には、検知素子の振動に関連付けられた出力信号は、検知素子の温度の変化に対応する。いくつかの例では、検知素子は、第１の端部および第２の端部で基板に固定され、その結果、検知素子は、第１の端部から第２の端部まで延在し、基板から懸架される。代表的な例では、検知素子と基板との間にギャップを画定するために、スペーサが検知素子の少なくとも１つの端部に配置される。場合によっては、基板は、ポリエチレンテレフタレートなどの可撓性基板である。典型的には、検知素子は金属である。さらなる例では、抵抗導体が検知素子に結合され、センサ回路は、抵抗導体によって検知素子に伝導される電流で検知素子を加熱するように動作可能である。少なくとも１つの導電性パッドが基板上に画定されることができ、導電性パッドおよび検知素子は共通の導電層内に画定される。場合によっては、少なくとも１つの導電性パッドは、第１、第２、および中間の導電性パッドを含み、抵抗器が共通の導電層内に画定され、検知素子は、抵抗器によって第１の導電性パッドに結合され、第２の導電性パッドで基板に固定される。スペーサが、第１の導電性パッド、第２の導電性パッド、中間の導電性パッド、および抵抗器の間に配置されることができ、検知素子は、スペーサによって基板から離間され、典型的には、スペーサ周囲の一部がスペーサと接触する。一例によれば、抵抗器は、共通の導電層内に画定された蛇行ストリップを備える。いくつかの例では、エンクロージャが少なくとも検知素子の周りに配置され、エンクロージャは不活性ガスで満たされる。
【0007】
代表的な方法は、基板に結合された導電層を形成することと、基板から離間した導電性検知素子を画定するために導電層をパターニングすることであって、導電性検知素子の第１の固定端および第２の固定端が基板に固定される、パターニングすることとを含む。導電層はスペーサ層上に形成することができ、導電性検知素子は、スペーサ層の一部を除去することによって基板から離間される。スペーサ層は、導電性検知素子に関連付けられた位置で基板上に形成することができ、導電層は、基板の露出部分およびスペーサ層上に形成され、その後、導電性検知素子が基板から離間されるようにスペーサ層を除去する。抵抗器が、導電層内に画定されることができ、抵抗器は、導電性検知素子を加熱するように動作可能である。場合によっては、抵抗器は蛇行導電性ストリップとして画定される。導電性検知素子は、軸に関して対称である複数のセグメントを含むことができる。
【0008】
他の例では、センサアレイは、基板と、基板上に画定された複数のセンサとを備える。複数のセンサの各々は、検知素子と、検知素子と基板との間にギャップを画定するように検知素子および基板に結合された少なくとも１つのスペーサとを含むことができる。検知素子および検知素子の各々の少なくとも１つのスペーサは、後にそれぞれ共通の導電層および共通のスペーサ内に画定することができる。各センサは、共通の導電層内に画定され検知素子に結合された第１、第２、および中間の導電性パッドと、共通の導電層内に画定され検知素子ならびに第１、第２、および中間の導電性パッドのうちの選択された１つに結合された抵抗器とをさらに含むことができる。いくつかの例では、基板は可撓性基板である。抵抗器の少なくともいくつかおよび少なくともいくつかの検知素子は、異なる形状を有することができる。
【0009】
開示された技術の上記および他の特徴ならびに利点は、添付の図面を参照して進められる以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1A】可撓性基板上に画定され線形抵抗器を有するセンサを示す図である。
【図1B】可撓性基板上に画定され線形抵抗器を有するセンサを示す図である。
【図1E】懸架検知素子を含む代表的なシステムを示す図である。
【図2A】代表的な片持ち検知素子を示す図である。
【図2B】代表的な片持ち検知素子を示す図である。
【図2C】代表的な片持ち検知素子を示す図である。
【図2G】他の懸架検知素子を示す図である。
【図3】片持ちセンサ素子を有するセンサ構成を示す図である。
【図4】他の代表的なセンサ構成を示す図である。
【図5】異なるセンサの配置を示す図である。
【図6A】センサの製造方法を示す図である。
【図6B】１つの手法によるセンサ製造を示す図である。
【図6C】１つの手法によるセンサ製造を示す図である。
【図6D】１つの手法によるセンサ製造を示す図である。
【図6E】１つの手法によるセンサ製造を示す図である。
【図7A】単一の基板上の異なるセンサの配置を示す図である。
【図7B】センサアレイを含むセンサシステムを示す図である。
【図8A】蛇行抵抗器を有するセンサを示す図である。
【図8B】異なる材料の検知素子および接触パッドを有するセンサを示す図である。
【図9A】代表的なセンサシステムを示す図である。
【図9B】バイアス電圧（検知素子温度）の関数としてのセンサ感度を示す図である。
【図9D】基板ギャップに対する検知素子の範囲に対するセンサ周波数応答を示す図である。
【図10A】代表的な検知素子を示す図である。
【図10B】代表的な検知素子を示す図である。
【図10C】代表的な検知素子を示す図である。
【図10D】代表的な検知素子を示す図である。
【図10E】追加的な代表的な検知素子を示す図である。
【図10F】追加的な代表的な検知素子を示す図である。
【図11A】センサの製造方法を示す図である。
【図11B】センサの製造方法を示す図である。
【図11C】センサの製造方法を示す図である。
【図12A】センサの製造方法を示す図である。
【図12B】センサの製造方法を示す図である。
【図12C】センサの製造方法を示す図である。
【図13A】センサの製造方法を示す図である。
【図13B】センサの製造方法を示す図である。
【図13C】センサの製造方法を示す図である。
【図14A】片持ちセンサ素子を示す図である。
【図14B】片持ちセンサ素子を示す図である。
【図15A】センサのシートに形成されたセンサを示し、各センサは密閉容器内に配置される図である。
【図15B】センサのシートに形成されたセンサを示し、各センサは密閉容器内に配置される図である。
【図16】センサの最小曲率半径を推定するための幾何学的配置を示す図である。
【図17A】そのような検知素子の代表的な検知素子幾何形状を示す図である。
【図17B】そのような検知素子の非線形応答を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
序論および用語
本明細書では、複数の共振モードおよび共振周波数ならびに低い熱質量を有することができる検知素子に基づくマイクロワイヤセンサならびに関連する方法およびシステムが開示される。開示される手法はまた、デバイスの大きなアレイを形成することができるように可撓性または剛性基板を用いた製造を可能にし、そのようなセンサのシートは、複数の位置または広いエリアにわたる検知を必要とする用途に提供することができる。共振モードは、広帯域の共振が重なり合うことができるように低いＱを示し、従来の手法が適していない周波数および周波数範囲での音響測定を可能にする。本明細書で使用される場合、「Ｑ」は、デバイス帯域幅に対するデバイス共振周波数の比（半値全幅）を指す。開示されるセンサの例は、一般に、比較的狭くて薄いセンサ材料のストリップ、一般に、剛性または可撓性基板の上に懸架され、１つまたは複数の場所で基板に対して固定された、金、銅、アルミニウム、インジウムスズ酸化物、または他の導体もしくは半導体材料などの導体に基づいている。本明細書で使用される場合、導電性ストリップなどの懸架導体（または他のセンサ材料）は、検知素子または検知導体と呼ばれる。そのような検知素子は、細長いストリップ、蛇行経路または螺旋状経路をたどるストリップの形態であってもよく、またはプレート内に溝またはスロットを有するかまたは有さないＵ字形もしくはプレート形状であってもよく、または線形もしくは非線形経路をたどることができる。検知素子は、電気接続用の導電性パッドを形成するために使用される共通の導電層、および検知素子に接続する抵抗器を画定するために使用される導電性ストリップから形成することができるが、他の構成を使用することもできる。検知素子は、１つまたは複数の固定点で懸架または片持ち支持することができる。１つの手法では、下にある犠牲層を除去することによって懸架が達成される。いくつかの開示される例では、薄い金属層による非常に小さな熱質量と、検知素子と基板との間の小さな伝導ギャップによる高い熱伝導との組合せにより、高速応答時間が可能になる。
本明細書では、複数の共振モードおよび共振周波数ならびに低い熱質量を有することができる検知素子に基づくマイクロワイヤセンサならびに関連する方法およびシステムが開示される。開示される手法はまた、デバイスの大きなアレイを形成することができるように可撓性または剛性基板を用いた製造を可能にし、そのようなセンサのシートは、複数の位置または広いエリアにわたる検知を必要とする用途に提供することができる。共振モードは、広帯域の共振が重なり合うことができるように低いＱを示し、従来の手法が適していない周波数および周波数範囲での音響測定を可能にする。本明細書で使用される場合、「Ｑ」は、デバイス帯域幅に対するデバイス共振周波数の比（半値全幅）を指す。開示されるセンサの例は、一般に、比較的狭くて薄いセンサ材料のストリップ、一般に、剛性または可撓性基板の上に懸架され、１つまたは複数の場所で基板に対して固定された、金、銅、アルミニウム、インジウムスズ酸化物、または他の導体もしくは半導体材料などの導体に基づいている。本明細書で使用される場合、導電性ストリップなどの懸架導体（または他のセンサ材料）は、検知素子または検知導体と呼ばれる。そのような検知素子は、細長いストリップ、蛇行経路または螺旋状経路をたどるストリップの形態であってもよく、またはプレート内に溝またはスロットを有するかまたは有さないＵ字形もしくはプレート形状であってもよく、または線形もしくは非線形経路をたどることができる。検知素子は、電気接続用の導電性パッドを形成するために使用される共通の導電層、および検知素子に接続する抵抗器を画定するために使用される導電性ストリップから形成することができるが、他の構成を使用することもできる。検知素子は、１つまたは複数の固定点で懸架または片持ち支持することができる。１つの手法では、下にある犠牲層を除去することによって懸架が達成される。いくつかの開示される例では、薄い金属層による非常に小さな熱質量と、検知素子と基板との間の小さな伝導ギャップによる高い熱伝導との組合せにより、高速応答時間が可能になる。
【0012】
本出願および特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数形を含む。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」を意味する。さらに、「結合された」という用語は、結合された項目間の中間要素の存在を排除するものではない。
【0013】
本明細書に記載されたシステム、装置、および方法は、決して限定するものとして解釈されるべきではない。代わりに、本開示は、単独で、ならびに互いに様々な組合せおよび部分的組合せで、様々な開示された実施形態のすべての新規かつ非自明の特徴および態様を対象とする。開示されたシステム、方法、および装置は、任意の特定の態様または特徴またはそれらの組合せに限定されず、開示されたシステム、方法、および装置は、任意の１つまたは複数の特定の利点が存在すること、または問題が解決されることを必要としない。動作の理論は、説明を容易にするためのものであるが、開示されたシステム、方法、および装置は、そのような動作の理論に限定されない。
【0014】
開示された方法のいくつかの動作は、便利な提示のために特定の連続した順序で説明されているが、以下に記載された特定の言語によって特定の順序が必要とされない限り、この説明の方法は並べ替えを包含することを理解されたい。例えば、順次に記載された動作は、場合によっては並べ替えられ、または同時に実行されてもよい。さらに、簡単にするために、添付の図は、開示されたシステム、方法、および装置を他のシステム、方法、および装置と組み合わせて使用することができる様々な方法を示さない場合がある。さらに、説明は、開示された方法を説明するために「生成する」および「提供する」などの用語を使用することがある。これらの用語は、実行される実際の動作の高レベルの抽象化である。これらの用語に対応する実際の動作は、特定の実施態様に応じて異なり、当業者によって容易に識別可能である。
【0015】
いくつかの例では、値、手順、または装置は、「最低」、「最良」、「最小」などと呼ばれる。そのような説明は、多くの使用される機能的代替物の中から選択を行うことができることを示すことを意図しており、そのような選択は、他の選択よりも良好、より小さい、または他の方法で好ましい必要はないことが理解されよう。
【0016】
例は、「上方」、「下方」、「上」、「下」などとして示される方向を参照して説明される。これらの用語は、説明を簡便にするために使用されるが、特定の空間的配向を意味するものではない。
【0017】
例１
図１Ａ～図１Ｂを参照すると、センサ１００は、基板１１２上に配置された導電性パッド１０２、１０４、１０６を含む。図１Ａでは、パッドは、センサ１００とともに使用するための代表的な回路構成の説明を簡便にするために、それぞれ供給電圧パッド、測定電圧パッド、および接地パッドと呼ばれるが、他の電気接続を使用することもできる。抵抗素子１１０は、導電性接続１１１においてパッド１０４に電気的に接続するようにパッド１０２から延在する。検知素子１１６は、導電性接続１１１に電気的に結合された第１の端部１１８と、第３のパッド１０６の結合領域１１４に電気的に結合された第２の端部１２０とを含む。検知素子１１６は、（製造時に犠牲層を使用して確立することができる）領域１０８において基板１１２から離間され、第１の端部１１８および第２の端部１２０は基板１１２に固定される。検知素子１１６と基板１１２との間のギャップを変化させる基板１１２に対する検知素子１１６の振動または他の動きは、検知素子１１６と基板１１２との間の熱伝導率も変化させる。検知素子１１６が加熱（または冷却）されると、そのような熱伝導率の変化は、検知素子の冷却（または加熱）速度および検知素子温度を変化させる。電気抵抗の関連する変動は、検知素子の振動または動きに関連付けられる。これについては、以下で詳細に説明する（図１７Ａ～図１７Ｂを参照）。
図１Ａ～図１Ｂを参照すると、センサ１００は、基板１１２上に配置された導電性パッド１０２、１０４、１０６を含む。図１Ａでは、パッドは、センサ１００とともに使用するための代表的な回路構成の説明を簡便にするために、それぞれ供給電圧パッド、測定電圧パッド、および接地パッドと呼ばれるが、他の電気接続を使用することもできる。抵抗素子１１０は、導電性接続１１１においてパッド１０４に電気的に接続するようにパッド１０２から延在する。検知素子１１６は、導電性接続１１１に電気的に結合された第１の端部１１８と、第３のパッド１０６の結合領域１１４に電気的に結合された第２の端部１２０とを含む。検知素子１１６は、（製造時に犠牲層を使用して確立することができる）領域１０８において基板１１２から離間され、第１の端部１１８および第２の端部１２０は基板１１２に固定される。検知素子１１６と基板１１２との間のギャップを変化させる基板１１２に対する検知素子１１６の振動または他の動きは、検知素子１１６と基板１１２との間の熱伝導率も変化させる。検知素子１１６が加熱（または冷却）されると、そのような熱伝導率の変化は、検知素子の冷却（または加熱）速度および検知素子温度を変化させる。電気抵抗の関連する変動は、検知素子の振動または動きに関連付けられる。これについては、以下で詳細に説明する（図１７Ａ～図１７Ｂを参照）。
【0018】
この例では、検知素子１１６は、第１の端部１１８および第２の端部１２０に沿って延在する軸１２２に対して対称であるセグメント１１６Ａ、１１６Ｂの第１および第２の交互嵌合セットを含む。抵抗素子１１０（すなわち、抵抗）は、必要に応じて検知素子１１６の温度を確立できるように選択される。場合によっては、検知素子１１６は、領域１０８内の犠牲層（フォトレジストなど）上に導電層を形成し、次いで犠牲層を除去することによって画定される。図１Ａ～図１Ｂでは、犠牲層は領域１０８にのみ示されているが、パッド１０２、１０４、１０６、抵抗素子１１０、および導電性接続１１１の下に設けることができる。この部分は、典型的には、検知素子を懸架するために除去され、例示の目的のためにのみ示されている。検知素子１１６は、基板１１２の上方に離間され、広い周波数範囲にわたって音響信号に応答する。検知素子１１６は、抵抗素子１１０を介して供給される電流によって加熱することができる。検知素子１１６からの熱伝達は、犠牲層によって確立される基板１１２からの間隔に依存するため、検知素子１１６（またはセグメント１１６Ａ、１１６Ｂのいずれか）の振動または他の動きは、検知素子１１６からの熱伝達および検知素子の温度を変調する傾向がある。これらの温度変化は、検出することができる検知素子１１６の電気抵抗率の変化をもたらす。
【0019】
典型的な例では、検知素子１１６と基板１１２との間のギャップは、０．２～２０μｍ、０．２μｍ～１０μｍ、０．５～１０μｍ、１～５μｍ、１～３．５μｍ、または他の範囲であり、検知素子１１６と基板１１２との間の熱抵抗は冷却を可能にする。検知素子１１６は質量が低く、検知素子１１６を形成するために使用される導電層は薄くすることができ（例えば、０．１μｍ～２５μｍ）、検知素子１１６の総面積は小さくすることができる（例えば、１ｍｍ２～１０ｍｍ２）ので、検知素子の熱質量も小さくすることができる。場合によっては、検知素子１１６と基板１１２との間のギャップは、検知素子のサグによって決定される。ギャップは、検知素子が基板に接触するのを防止するのに十分に大きいが、それ以外では小さくされる。推定サグＳの場合、ギャップは、１．１Ｓ、１．２Ｓ、１．３Ｓ、１．４Ｓ、１．５Ｓ、１．７５Ｓ、２Ｓ、２．５Ｓ、３Ｓ、またはＳより大きい任意の他の値として設定することができ、より小さいギャップは優れたセンサ応答と関連付けられる。図１Ａ～図１Ｂの例では、ギャップは１μｍであり、設計供給電圧は１Ｖであり、目標動作温度は１００℃である。
【0020】
典型的には、検知素子は、サグを小さく保つように設計される。ほとんどの用途では、重力に対する向きの検知は一定のままであり、サグ関連の効果は一定である。サグ（固定された向きで予想される一定のサグを含む）は、選択された検知素子ギャップで使用することができるが、多くの実用例では、そのような考慮は不要である。一般に、電気熱応答を改善するために小さい（または最小の）ギャップが選択されるが、ギャップはまた、製造能力、出荷および保管中の巻き上げられた基板の最小半径、ならびに薄膜減衰およびその機械的応答への影響を考慮して選択することができる。
【0021】
代表例の近似寸法を図１Ｂに示す。懸架エリアの長さは約２５３μｍである。対称モード（または非対称モード）の最低次モード周波数は、約１．７～１．８ｋＨｚである。図１Ｂ１～図１Ｂ２は、それぞれ代表的な対称および非対称モードを示す。満足できる応答は、少なくとも５ｋＨｚにまで及ぶべきであり、典型的な周波数範囲は、１．５ｋＨｚ～５ｋＨｚである。いくつかの用途では、抵抗素子１１０および／または検知素子１１６を加熱することができる電流を生成するために、パッド１０２に供給電圧が印加される。移動に関連付けられた電気抵抗の変化は、対応する出力信号を生成するために増幅器または他のアナログもしくはデジタル回路に結合することができるパッド１０４において対応する電圧変化を生成する。例えば、図１Ｅの電気回路図を参照すると、増幅器１５０は、検知素子１１６の抵抗ＲＳ（ｔ）の変動によって生成される信号を受信するように結合される。ＲＳ（ｔ）は、センサ素子の動きならびに関連する加熱および冷却によって生じる抵抗変動による時間の関数である。供給電圧Ｖｓは、ＲＳ（ｔ）と抵抗素子１１０の抵抗ＲＢとの和である直列抵抗に印加され、それにより、増幅器１５０への入力電圧は、
である。他の例では、電圧の代わりに電流を検知することができる。電流源が固定電流Ｉを提供する場合、センサ出力シングルはＩＲＳ（ｔ）に比例することができる。任意の用途において、センサからの信号は、アナログ－デジタル変換器を用いてデジタル化することができる。これにより、音響波によるセンサ素子１１６の共振運動などの運動による温度変化に応じてＲＳ（ｔ）が変化することで、ＲＳ（ｔ）、Ｖｄ（ｔ）またはＶｏｕｔ（ｔ）を検出して音響波を検出することができる。
【数1】
【0022】
Ｖｓは、０～２０Ｖの任意の電圧などの任意の好都合な電圧とすることができ、１、２、３、および４Ｖの電圧を使用することができる。ＲＢは、意図されたＲＢ／ＲＳ比および意図された供給電圧に応じて非常に大きな範囲を有することができる。９９：１の抵抗比および２Ｖ～１５Ｖの供給電圧について、一例における検知素子の所与の目標温度に対するＲＢの値を以下の表に示す。
【表1】
【0023】
他方の極端な例では、１：１の抵抗比および１Ｖ未満の供給電圧について、ＲＢの代表的な値を以下の表に示す。
【表2】
【0024】
公称センサ抵抗Ｒｓは、音または機械的励起がない場合の目標公称温度によって決定され、この例では以下の通りである。
【表3】
【0025】
基板１１２は、プラスチックロール材料（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））などの可撓性ロール材料、またはガラスなどの剛性材料とすることができる。導体は、銅、アルミニウム、インジウムスズ酸化物、または適切な温度依存性の電気抵抗を有する他の導体、半導体、または絶縁体から形成することができる。導体、パッド、抵抗器、およびセンサ素子を共通の層にすることが好都合であるが、各々に異なる材料を使用することができる。例えば、センサ素子は、耐熱性が高く、耐久性があり、温度によって抵抗が変化することが好ましい。導電性パッド１０２、１０４、０６は、好ましくは低い抵抗率を有する。したがって、センサ素子と導電性パッド１０２，１０４、１０６との材料は異なることができる。
【0026】
単一のスペーサ層を使用することができるが、複数のスペーサおよび／またはスペーサ層を使用して、検知素子を基板から離間させることができる。以下に説明するいくつかの例では、懸架検知素子はブリッジされる。検知素子に結合された導体部分は、基板から離間しているが、検知素子が基板に向かって過度のサグを示さないように、十分に広くするか、そうでなければ剛性にすることができる。検知素子の設計／形状は、所望の検出範囲内の最低周波数で、または意図された用途に基づく単一の超音波または他の音波周波数での検出に所望される１次周波数で、共振の１次モードを提供するように選択することができる。
【0027】
図１Ｃ～図１Ｄは、検知素子１１６とともに使用される異なる抵抗素子１３０、１４０を有するセンサ１２９、１３９を示す。例えば、検知素子１１６に異なる温度を確立するために、異なる抵抗素子を使用することができる。図１Ｃの例では、ギャップは１μｍであり、設計供給電圧は３Ｖであり、目標動作温度は４００℃である。図１Ｄの例では、ギャップは１μｍであり、設計供給電圧は５Ｖであり、目標動作温度は２００℃である。
【0028】
例２
図２Ａ～図２Ｃは、代表的な検知素子を示す。図２Ａ～図２Ｃのセンサは、様々な形状およびサイズを有する。センサの形状およびサイズは、検出される目標周波数に基づいて決定される。図２Ａを参照すると、導電性検知素子２００は、固定端２０４、２０６で導電性パッド（図示せず）に固定され、基板（図示せず）に対して懸架された金属シート２０２を含む。スロット２０８は、スロット２１４～２１６が形成されるエリア２１２から延在するタブ２１０上に形成される。スロット２１４～２１６は、スロット２０８に対して垂直に延在し、それにより、検知素子２００は、スロット２０８に関して対称である。典型的な用途では、固定端２０４、２０６は、検知素子２００またはその一部の振動に関連付けられた出力信号を提供する増幅器または他の回路、および検知素子２００を加熱するための適切なバイアスを提供する電源に結合される。一例では、そのような検知素子は、約０．５ｎｍ以下の懸架によるサグを示し、それにより、１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍまたはそれを超える検知素子／基板ギャップを、センサが基板に接触することなく使用することができる。検知素子のサグよりも大きい任意のギャップを使用することができる。図２Ａの例では、最低次モードの共振周波数は２６．４ｋＨｚである。この例では、目標ギャップは１μｍであり、検知素子のサイズは１１６μｍ×１１６μｍである。有用な周波数範囲は、２６ｋＨｚ（第１のモード）から２２７ｋＨｚ（冷却に関連付けられたタイプの第５のモード）に及ぶ。この例は、典型的には、探知されるべき物体に取り付けられたトランスデューサが、２６ｋＨｚ、８０ｋＨｚ、１６３ｋＨｚ、または２２７ｋＨｚの、最初の５つのモード周波数のうちの４つのうちの１つで音を発している状況での使用を意図している。最初の５つのモード周波数の第３のモードは、冷却のための十分な面外運動（すなわち、基板に対して）に関連付けられないため、検知にはあまり適しておらず、他のモードが好ましい。
図２Ａ～図２Ｃは、代表的な検知素子を示す。図２Ａ～図２Ｃのセンサは、様々な形状およびサイズを有する。センサの形状およびサイズは、検出される目標周波数に基づいて決定される。図２Ａを参照すると、導電性検知素子２００は、固定端２０４、２０６で導電性パッド（図示せず）に固定され、基板（図示せず）に対して懸架された金属シート２０２を含む。スロット２０８は、スロット２１４～２１６が形成されるエリア２１２から延在するタブ２１０上に形成される。スロット２１４～２１６は、スロット２０８に対して垂直に延在し、それにより、検知素子２００は、スロット２０８に関して対称である。典型的な用途では、固定端２０４、２０６は、検知素子２００またはその一部の振動に関連付けられた出力信号を提供する増幅器または他の回路、および検知素子２００を加熱するための適切なバイアスを提供する電源に結合される。一例では、そのような検知素子は、約０．５ｎｍ以下の懸架によるサグを示し、それにより、１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍまたはそれを超える検知素子／基板ギャップを、センサが基板に接触することなく使用することができる。検知素子のサグよりも大きい任意のギャップを使用することができる。図２Ａの例では、最低次モードの共振周波数は２６．４ｋＨｚである。この例では、目標ギャップは１μｍであり、検知素子のサイズは１１６μｍ×１１６μｍである。有用な周波数範囲は、２６ｋＨｚ（第１のモード）から２２７ｋＨｚ（冷却に関連付けられたタイプの第５のモード）に及ぶ。この例は、典型的には、探知されるべき物体に取り付けられたトランスデューサが、２６ｋＨｚ、８０ｋＨｚ、１６３ｋＨｚ、または２２７ｋＨｚの、最初の５つのモード周波数のうちの４つのうちの１つで音を発している状況での使用を意図している。最初の５つのモード周波数の第３のモードは、冷却のための十分な面外運動（すなわち、基板に対して）に関連付けられないため、検知にはあまり適しておらず、他のモードが好ましい。
【0029】
図２Ｂは、それぞれ固定端２２３、２２５を有する交互配置された正方形の螺旋状導体２２２、２２４を含む代表的な導電性検知素子２２０を示す。正方形螺旋状導体２２２、２２４は、中央導電性エリア２２６で終端する。固定端２２３、２２５は、典型的には、導電性パッドに固定され、基板に対して懸架される。任意の曲線または多角形ベースの螺旋形状を含む他の螺旋を使用することができる。一例では、そのような検知素子は、約４．２ｎｍ以下の懸架によるサグを示し、最低次モードの共振周波数は８．９ｋＨｚである。この例では、目標ギャップは１μｍであり、検知素子は１１４μｍ×１１４μｍである。有用な周波数範囲は、８ｋＨｚ（第１のモード）から５５ｋＨｚ（冷却に関連付けられたタイプの第５のモード）に及ぶ。
【0030】
図２Ｃは、それぞれ固定端２４５、２４７を有する側部２４４、２４６と、底部２４８とを含むＵ字形の導電性検知素子２４０を示す。検知素子２４０は、一般に、スペーサで懸架されるか、または検知素子２４０と基板との間にギャップを画定するようにブリッジされる。一例では、そのような検知素子は、約０．００６ｎｍ以下の懸架によるサグを示す。図２Ｃの例では、共振周波数は、２４１ｋＨｚ、４９７ｋＨｚ、１．２ＭＨｚを含む。この例では、目標ギャップは１μｍであり、検知素子は約１５０μｍ×１５０μｍである。このセンサは、探知されるべき物体に取り付けられたトランスデューサが、２４１ｋＨｚ、４９７ｋＨｚ、または１．２ＭＨｚの、最初の３つのモード周波数のうちの１つで音を発している状況での使用を意図している。
【0031】
上記のような検知素子は、例えば、１０ｋＨｚ、２５０ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、または１ＭＨｚを超える周波数などの高周波用途に適し得る。図２Ｄ～図２Ｆは、２４１ｋＨｚ、１．２ＭＨｚ、および４９７ｋＨｚの周波数における図２Ｃの検知素子の代表的な低次振動モードを示す。そのような検知素子は、これらの高周波数で音響放射を有するロボット、例えばロボット掃除機などの物体を検出するために使用することができる。これらのセンサの多くは、床の下に配置され、ロボット掃除機を検出案内するために使用することができる。他の例では、複数のそのようなセンサは、表面または体積全体に分散され、ロボットを検出および／または案内するために使用される。高周波設計は、一般に、より高い剛性対慣性比を有し、したがって重力サグが少ない。設計は、重力サグと低周波動作との間の妥協点に基づいて選択することができる。
【0032】
図２Ｇは、端部２５２、２５４で支持され、蛇行形状を有する別の検知素子２５０を示す。図２Ｇの例では、最低次モードの共振周波数は約１９．８ｋＨｚであり得る。この例では、目標ギャップは１μｍであり、検知素子は約１２４μｍ×１５７μｍである。この例の用途の１つは、探知されるべき物体に取り付けられたトランスデューサが１９．８ｋＨｚまたは２５ｋＨｚの範囲のどこかで音を発している状況である。その指状構造のために、この検知素子は、その範囲内の周波数において互いに近い複数のモードを有する。
【0033】
例３
図３は、基板３０２上に画定された導電性パッド３０４、３１３、３１６などのコネクタを含むセンサ３００を概略的に示す。導電性パッド３０４は、導電性パッド３０４、３１３、３１６の一部または全部を画定するために使用される層などの導電層内に画定することができる抵抗器３０６に結合されるか、または個別の抵抗器を使用することができる。導電性ストリップ３０８、３１８（またはワイヤなどの他の導体）は、導電性パッド３０４、３１３、３１６を上述のような検知素子３１０に結合する。抵抗器３０６は、検知素子３１０の加熱を制御するとともに、センサ３１０の振動に基づく電圧または電流変化が増幅器、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、または他の処理回路への出力のために導電性パッド３１６に結合されるように、センサとの抵抗分割回路網を確立するために使用することができる。ＤＣレベルは、検出されるべき音響信号ではなく固定センサに関連付けられるので、振動誘導電流または電圧は、出力のために容量結合することができる。部分３０４Ａ、３０６Ａ、３０８Ａ、３１３Ａ、３１６Ａ、３１８Ａは、検知素子３１０が基板３０２から懸架されている間、それぞれの導体部分と基板３０２との間に残る。
図３は、基板３０２上に画定された導電性パッド３０４、３１３、３１６などのコネクタを含むセンサ３００を概略的に示す。導電性パッド３０４は、導電性パッド３０４、３１３、３１６の一部または全部を画定するために使用される層などの導電層内に画定することができる抵抗器３０６に結合されるか、または個別の抵抗器を使用することができる。導電性ストリップ３０８、３１８（またはワイヤなどの他の導体）は、導電性パッド３０４、３１３、３１６を上述のような検知素子３１０に結合する。抵抗器３０６は、検知素子３１０の加熱を制御するとともに、センサ３１０の振動に基づく電圧または電流変化が増幅器、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、または他の処理回路への出力のために導電性パッド３１６に結合されるように、センサとの抵抗分割回路網を確立するために使用することができる。ＤＣレベルは、検出されるべき音響信号ではなく固定センサに関連付けられるので、振動誘導電流または電圧は、出力のために容量結合することができる。部分３０４Ａ、３０６Ａ、３０８Ａ、３１３Ａ、３１６Ａ、３１８Ａは、検知素子３１０が基板３０２から懸架されている間、それぞれの導体部分と基板３０２との間に残る。
【0034】
例４
図４は、基板４０１上に画定された導電性パッド４０２～４０４などのコネクタを含むセンサ４００を概略的に示す。検知素子４２０は、抵抗器として機能することができる導電性パッド４０４および導電性ストリップ４０５に結合される。導電性パッド４０２は、検知素子４２０に近接して導電性ストリップ４０５に結合される。導電性ストリップ４０５および検知素子４２０は、検知素子４２０の振動に応答して導電性パッド４０２でセンサ出力信号を生成することができる分圧器を形成する。追加の導電性パッド４０２を設けることもできる。
図４は、基板４０１上に画定された導電性パッド４０２～４０４などのコネクタを含むセンサ４００を概略的に示す。検知素子４２０は、抵抗器として機能することができる導電性パッド４０４および導電性ストリップ４０５に結合される。導電性パッド４０２は、検知素子４２０に近接して導電性ストリップ４０５に結合される。導電性ストリップ４０５および検知素子４２０は、検知素子４２０の振動に応答して導電性パッド４０２でセンサ出力信号を生成することができる分圧器を形成する。追加の導電性パッド４０２を設けることもできる。
【0035】
図４Ａ～図４Ｂは、図４の断面図である。図４Ａにおいて、導電性ストリップ４０５は、フォトレジストまたは他の材料のスペーサ層内に画定することができるスペーサ４１５上に配置される。導電性パッド４０４は、フォトレジストまたは他の材料のスペーサ層内に画定することができるスペーサ４１４上に配置される。スペーサ４１４、４１５は、導電性パッド４０４および導電性ストリップ４０５を基板４０１から分離し、スペーサ４１４、４１５をフォトレジストの共通層などの共通層内に画定することが好都合であり得る。図４Ｂに示すように、検知素子４２０の第１の端部４０６および第２の端部４０７は、基板４０１の上方に配置される。スペーサ４１４、４１５は、検知素子４２０の下になるようには延在していないが、スペーサ４１４、４１５は、それらが基板４０１の上に検知素子４２０を離間させるのに役立つことを示す輪郭で示されている。
【0036】
例５
図５を参照すると、センサ５００、５２０、５４０、５６０、５８０は、剛性または可撓性基板などの共通基板５０１上に画定される。これらのセンサは、共通の層および共通の処理ステップを使用して製造することができ、同じまたは異なるようにパターニングすることができる。図示のように、センサ５００は、導電性パッド５０２、５０４、５０６と、抵抗器として機能することができる蛇行導電性ストリップ５０８と、検知素子５１０とを含む。センサ５２０は、導電性パッド５２２、５２４、５２６と、抵抗器として機能することができる線形導電性ストリップ５２８と、検知素子５３０とを含む。センサ５４０は、導電性パッド５４２、５４４、５４６と、抵抗器として機能することができる蛇行導電性ストリップ５４８と、検知素子５５０とを含む。センサ５６０は、導電性パッド５６２、５６４、５６６と、抵抗器として機能することができる蛇行導電性ストリップ５６８と、検知素子５７０とを含む。センサ５８０は、導電性パッド５８２、５８４、５８６と、抵抗器として機能することができる蛇行導電性ストリップ５８８と、検知素子５９０とを含む。図５の例では、抵抗器として機能するように設けられた導電性ストリップはすべて、異なる形状および／またはサイズを有する。いくつかの用途では、センサ動作温度は、導電性ストリップの抵抗に基づいて確立され、導電性ストリップの特定の形状およびサイズの選択は、抵抗の選択を可能にする。容易に入手可能な電圧源または電流源を使用して加熱を提供することが好都合であることができ、導電性ストリップの選択を使用して、任意の好都合な電源に対応し、複数の異なるセンサが同じ電流または電圧で熱的にバイアスされることを可能にすることができる。他の例では、これらの導電性ストリップの一部または全部は、同じ構成を有することができる。関連する抵抗は、同じであっても異なっていてもよい。検知素子の一部または全部は、同じであっても異なっていてもよい。上述したように、検知素子は、固定された部分と、基板５０１から離間した部分とを含む。
図５を参照すると、センサ５００、５２０、５４０、５６０、５８０は、剛性または可撓性基板などの共通基板５０１上に画定される。これらのセンサは、共通の層および共通の処理ステップを使用して製造することができ、同じまたは異なるようにパターニングすることができる。図示のように、センサ５００は、導電性パッド５０２、５０４、５０６と、抵抗器として機能することができる蛇行導電性ストリップ５０８と、検知素子５１０とを含む。センサ５２０は、導電性パッド５２２、５２４、５２６と、抵抗器として機能することができる線形導電性ストリップ５２８と、検知素子５３０とを含む。センサ５４０は、導電性パッド５４２、５４４、５４６と、抵抗器として機能することができる蛇行導電性ストリップ５４８と、検知素子５５０とを含む。センサ５６０は、導電性パッド５６２、５６４、５６６と、抵抗器として機能することができる蛇行導電性ストリップ５６８と、検知素子５７０とを含む。センサ５８０は、導電性パッド５８２、５８４、５８６と、抵抗器として機能することができる蛇行導電性ストリップ５８８と、検知素子５９０とを含む。図５の例では、抵抗器として機能するように設けられた導電性ストリップはすべて、異なる形状および／またはサイズを有する。いくつかの用途では、センサ動作温度は、導電性ストリップの抵抗に基づいて確立され、導電性ストリップの特定の形状およびサイズの選択は、抵抗の選択を可能にする。容易に入手可能な電圧源または電流源を使用して加熱を提供することが好都合であることができ、導電性ストリップの選択を使用して、任意の好都合な電源に対応し、複数の異なるセンサが同じ電流または電圧で熱的にバイアスされることを可能にすることができる。他の例では、これらの導電性ストリップの一部または全部は、同じ構成を有することができる。関連する抵抗は、同じであっても異なっていてもよい。検知素子の一部または全部は、同じであっても異なっていてもよい。上述したように、検知素子は、固定された部分と、基板５０１から離間した部分とを含む。
【0037】
例６
図６Ａ～図６Ｅを参照すると、代表的な方法６００は、６０２で、基板６２０上にスペーサ層６２２を形成することを含む。基板６２０は、剛性または可撓性であることができ、シート、ウェハ、プレート、ロールとして提供されることができ、または他の方法で提供されることができる。代表的な基板材料は、ガラスおよびプラスチックを含み、これはロールに入れられたプラスチックを含む。スペーサ層６２２は、絶縁体、導体、または半導体とすることができ、典型的には、後述するように選択的除去を可能にするように選択される。場合によっては、スペーサ層６２２はフォトレジストまたは他の絶縁層であり、スピンコーティング、スプレー、スロットダイコーティング、積層、または他の手法によって基板に塗布される。６０４で、導体層６２４が、例えば、積層、スパッタリング、めっき、電子ビーム蒸着、または他のプロセスによってスペーサ層６２２上に形成される。いくつかの例では、光選択めっきを使用して、導電性パッド、抵抗器として機能する導電性ストリップ、または基板の周りに懸架される検知素子などの選択されたセンサ位置にのみ導体層６２４を形成する。導体層の光選択的めっきは、導体層の追加のパターニングの必要性を排除または低減する傾向がある。
図６Ａ～図６Ｅを参照すると、代表的な方法６００は、６０２で、基板６２０上にスペーサ層６２２を形成することを含む。基板６２０は、剛性または可撓性であることができ、シート、ウェハ、プレート、ロールとして提供されることができ、または他の方法で提供されることができる。代表的な基板材料は、ガラスおよびプラスチックを含み、これはロールに入れられたプラスチックを含む。スペーサ層６２２は、絶縁体、導体、または半導体とすることができ、典型的には、後述するように選択的除去を可能にするように選択される。場合によっては、スペーサ層６２２はフォトレジストまたは他の絶縁層であり、スピンコーティング、スプレー、スロットダイコーティング、積層、または他の手法によって基板に塗布される。６０４で、導体層６２４が、例えば、積層、スパッタリング、めっき、電子ビーム蒸着、または他のプロセスによってスペーサ層６２２上に形成される。いくつかの例では、光選択めっきを使用して、導電性パッド、抵抗器として機能する導電性ストリップ、または基板の周りに懸架される検知素子などの選択されたセンサ位置にのみ導体層６２４を形成する。導体層の光選択的めっきは、導体層の追加のパターニングの必要性を排除または低減する傾向がある。
【0038】
６０５で決定されるように、パターニングプロセスが導体層６２４を形成するために使用されない場合（または追加のパターニングが意図される場合）、導体層６２４は、６０６でパターニングされて、検知素子６３２ならびに／または導電性パッドおよび抵抗器、例えば導電性パッド６２５、６２６、６２８および抵抗器６３０を形成する。一例では、パターニングは、フォトレジストの層を形成することと、フォトレジストが検知素子および／または導電性パッドおよび抵抗器に関連する導体層６２４の部分を保護するようにフォトレジストをパターニングおよび現像することとを含む。次いで、プラズマエッチングまたは酸エッチングなどのウェットまたはドライエッチングプロセスを使用して、導体層の保護されていないエリアを除去する。エッチング後、検知素子および／または導電性パッドおよび抵抗器に関連する導体層の部分は、フォトレジストによって覆われたままである。導体層の他の部分は除去される。場合によっては、検知素子が基板の上に懸架されるように、検知素子を基板から分離するスペーサ層を除去する前に保護フォトレジストが除去される。
【0039】
６０８で、検知素子と基板との間に位置するスペーサ層の少なくとも一部を除去して、基板６２０の上方に検知素子６３２を懸架してセンサ６４０を生成する。典型的には、ウェットエッチングなどの無方向性エッチングが、検知素子６３２の下のスペーサ層部分を除去するために使用され、スペーサ層６２２は、導体層６２４の残りの部分によって保護されることを除いて、基板６２０の他のエリアから除去される。ウェットエッチングは、一般に、残りの導体層６２４の下および縁部でいくらかのスペーサ層を除去する。検知素子６３２は、一般に、このアンダーカットが検知素子を懸架する一方で、スペーサ層６２２が他の特徴（パッドなど）の下に残るように、十分に狭い（または複数の狭い特徴を含む）。
【0040】
動作中、検知素子は、典型的には、適切な抵抗を有する導電性ストリップによって提供される抵抗加熱を使用して加熱される。より高い温度は優れたセンサ性能に関連する可能性があるが、これらのより高い温度はまた、導体層に画定されたパッドまたは他の特徴だけでなく検知素子の劣化を引き起こす可能性がある。６１０で、少なくとも検知素子はエンクロージャ内に配置され、次いで、６１２で、検知素子の酸化または他の劣化を低減する傾向がある貴ガス、窒素、または他のガスなどの非反応性ガスで満たされ封止される。エンクロージャは、キャビティ壁６５０を形成し、次いでキャップ層で覆われる可撓性層などの追加の層内のセンサの周りに画定されたキャビティとして形成することができる。
【0041】
例７
図７Ａを参照すると、センサ７０２などのセンサの代表的なアレイ７００が、基板ロールのセクション７０１上に画定される。アレイの各センサは、異なる抵抗導体および検知素子を有することができる。位置合わせマーク７０８は、パターニング動作で使用するために設けられる。センサは、個別に使用するために分離することができ、またはアレイ７００のセンサの一部またはすべてのセンサを一緒に使用して、同じまたは異なる感度および／または同じまたは異なる帯域幅を提供することができる。２つ以上のセンサが、冗長性のために共通の構成で設けられ得る。
図７Ａを参照すると、センサ７０２などのセンサの代表的なアレイ７００が、基板ロールのセクション７０１上に画定される。アレイの各センサは、異なる抵抗導体および検知素子を有することができる。位置合わせマーク７０８は、パターニング動作で使用するために設けられる。センサは、個別に使用するために分離することができ、またはアレイ７００のセンサの一部またはすべてのセンサを一緒に使用して、同じまたは異なる感度および／または同じまたは異なる帯域幅を提供することができる。２つ以上のセンサが、冗長性のために共通の構成で設けられ得る。
【0042】
図７Ｂは、センサ７５２～７５７を有するセンサアレイ７５１を含むセンサシステム７５０を示す。センサアレイ７５１は、同じ基板上の複数のセンサ、または関心エリア全体に分散させることができる複数のセンサを含む矩形アレイとして示されている。図示されるように、センサ７５２～７５７の各々は、バイアス源７６０から同じバイアス電圧ＶＢＩＡＳを受信するが、センサ７５２～７５７のいくつかまたはすべてに異なるバイアス電圧を供給することができる。センサ出力は、選択されたセンサからの出力を増幅器７６４またはフィルタ、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、追加の増幅器、または他のデジタルもしくはアナログ回路などの他の電子機器に選択的に送達することができるマルチプレクサ（ｍｕｘ）７６２に結合される。マイクロプロセッサまたは他のプログラマブル論理デバイスなどの制御回路を、センサの選択を可能にするためにｍｕｘ７６２に結合することができる。他の例では、各センサ（またはいくつかのセンサ）は、専用増幅器または他の電子機器に結合される。いくつかの代替形態では、センサ７５２～７５７の各々は、異なる周波数で動作するように構成され、センサ７５２～７５７の各々からの出力信号は、単一の出力に結合され、信号周波数に基づいて区別され得る。さらに、センサ７５２～７５７の各々は、音響信号が存在する位置を信号が識別するように、特定の位置に関連付けることができる。
【0043】
例８
図８Ａを参照すると、センサ８００は、基板８０１上に配置された導電性パッド８０２、８０４、８０６を含む。図８Ａでは、パッドは、センサ８００とともに使用するための代表的な回路構成の説明を簡便にするために、それぞれ供給電圧パッド、測定電圧パッド、および接地パッドと呼ばれる。抵抗素子８１０は、導電性接続８１１においてパッド８０４に電気的に接続するようにパッド８０２から延在する。検知素子８０８は、導電性接続８１１に電気的に結合された第１の端部と、パッド８０６に電気的に結合された第２の端部とを含む。検知素子８０８は、領域８２０において基板８０１から離間しており、検知素子８０８の第１の端部および第２の端部は基板８０１に固定されている。この例では、抵抗素子８１０は、導電層内に画定された蛇行ストリップとして形成される。
図８Ａを参照すると、センサ８００は、基板８０１上に配置された導電性パッド８０２、８０４、８０６を含む。図８Ａでは、パッドは、センサ８００とともに使用するための代表的な回路構成の説明を簡便にするために、それぞれ供給電圧パッド、測定電圧パッド、および接地パッドと呼ばれる。抵抗素子８１０は、導電性接続８１１においてパッド８０４に電気的に接続するようにパッド８０２から延在する。検知素子８０８は、導電性接続８１１に電気的に結合された第１の端部と、パッド８０６に電気的に結合された第２の端部とを含む。検知素子８０８は、領域８２０において基板８０１から離間しており、検知素子８０８の第１の端部および第２の端部は基板８０１に固定されている。この例では、抵抗素子８１０は、導電層内に画定された蛇行ストリップとして形成される。
【0044】
図８Ｂに示すように、センサ８５０は、基板８５１の上方の接触パッド８５２、８５４の間に懸架された検知素子８５６を有することができる。接触パッド８５２、８５４および検知素子８５６は、異なる材料からなることができ、集積レジスタが設けられた場合、同じまたは異なる材料を使用することができる。例えば、検知素子８５６は、温度による大きな抵抗率変化を有するか、または加熱されたときに劣化しない材料で作ることができるが、パッドおよび抵抗器の材料は、製造、接合、パターニングを容易にするために、または選択された抵抗を提供するために選択することができる。
【0045】
例９
図９Ａを参照すると、代表的なセンサシステム９００は、基板９０４の上に懸架された検知素子９０２を含む。電源は、別個の構成要素であり得るか、または基板９０４上に位置する１つまたは複数の層に画定され得る抵抗器９０６を介して検知素子９０２に印加される電圧ＶＳを提供する。増幅器９０８は、検知素子９０２に結合され、検知素子９０２の移動に応答する電圧Ｖｄを受け取る。この電圧に基づいて、増幅器は出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。抵抗器９０６はまた、検知素子９０２を加熱する電流を検知素子９０２内に確立することができるが、他の方法でも加熱を提供することができる。
図９Ａを参照すると、代表的なセンサシステム９００は、基板９０４の上に懸架された検知素子９０２を含む。電源は、別個の構成要素であり得るか、または基板９０４上に位置する１つまたは複数の層に画定され得る抵抗器９０６を介して検知素子９０２に印加される電圧ＶＳを提供する。増幅器９０８は、検知素子９０２に結合され、検知素子９０２の移動に応答する電圧Ｖｄを受け取る。この電圧に基づいて、増幅器は出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。抵抗器９０６はまた、検知素子９０２を加熱する電流を検知素子９０２内に確立することができるが、他の方法でも加熱を提供することができる。
【0046】
図９Ｂは、１μｍのギャップにおける約１００ｎｍの公称検知素子振動に関連付けられたセンサ電圧Ｖｄを示す。曲線９２１は最低印加電圧Ｖ（および検知素子９０２の最低加熱）に関連付けられ、曲線９２９は最大印加電圧Ｖ（および検知素子９０２の最大加熱）に関連付けられる。曲線９２１と曲線９２９との間に位置する曲線は、印加電圧ＶＳが高くなる（したがって、センサ素子温度が高くなる）順に並んでいる。図９Ｂの曲線は、時間の関数としてのセンサ応答を示す。０ｍｓにおいて、電圧ＶＳが印加され、約２ｍｓにおいて、検知素子９０２の振動が開始される。２ｍｓ前の初期電圧上昇は、選択された印加電圧での検知素子９０２の安定化に関連付けられる。曲線９２９における検知素子電圧振動は、より大きい印加電圧ＶＳおよび結果として生じる検知素子９０２のより高い温度に起因して、曲線９２１におけるものよりも大きい。より高い温度はより大きな出力信号を生成するが、溶融を回避しなければならず、より高い温度の長期使用は検知素子の酸化をもたらす可能性があるため、検知素子の温度は制限される。このため、いくつかの例では、検知素子は、不活性ガスで満たされた容器、例えばアルゴンで満たされた容器に配置される。図９Ｃは、図９Ｂに対応する、様々な検知素子温度に対する正規化されたセンサ応答Ｖｄを示す。振動のより大きな正規化された振幅は、より高い温度に関連し、より高い温度の利点を示す。
【0047】
図９Ｄは、約５００ｎｍ～約５μｍの範囲のギャップに対する公称１００ｎｍ振動に対するセンサ応答を示す。振動の振幅が大きいほど、より小さいギャップに関連付けられる。この例では印加電圧Ｖｓが変化するが、抵抗器９０６の値の値も同様に変化して、温度およびセンサ応答Ｖｄの変化を引き起こすことができる。
【0048】
例１０
図１０Ａ～図１０Ｅは、追加の検知素子を示す。これらの例のいくつかでは、検知素子は、音響信号に応答して変形されるものとして示されている。これらの例では、検知素子は１つまたは複数の軸に関して対称であるが、他の例では、検知素子はそのような対称性を欠いている。図１０Ａに示すような検知素子１０００は、検知素子の懸架および電気的接続に使用される固定端１００２、１００４を含む。検知素子１０００は、固定端１００２、１００４の間に延在する軸１００６に関して対称である導体セクション１００１、１００３を含む。この例には、比較的高い減衰および低いＱが関連付けられており、検出可能な周波数範囲は、最低次モード周波数よりわずかに下から始まる少なくとも２．２ｋＨｚ～１０ｋＨｚとすることができる。
図１０Ａ～図１０Ｅは、追加の検知素子を示す。これらの例のいくつかでは、検知素子は、音響信号に応答して変形されるものとして示されている。これらの例では、検知素子は１つまたは複数の軸に関して対称であるが、他の例では、検知素子はそのような対称性を欠いている。図１０Ａに示すような検知素子１０００は、検知素子の懸架および電気的接続に使用される固定端１００２、１００４を含む。検知素子１０００は、固定端１００２、１００４の間に延在する軸１００６に関して対称である導体セクション１００１、１００３を含む。この例には、比較的高い減衰および低いＱが関連付けられており、検出可能な周波数範囲は、最低次モード周波数よりわずかに下から始まる少なくとも２．２ｋＨｚ～１０ｋＨｚとすることができる。
【0049】
図１０Ｂは、検知素子の懸架および電気的接続に使用される固定端１０２２、１０２４を含む検知素子１０２０を示す。検知素子１０２０は、固定端１０２２、１０２４の間に延在する軸１０２６と、導体象限１０２１、１０２３と導体象限１０２５、１０２７との間に位置する垂直軸１０２８とに関して対称である矩形螺旋として成形された導体象限１０２１、１０２３、および導体象限１０２５、１０２７を含む。この例では、高い減衰および低いＱが予想され、検出可能な周波数範囲は少なくとも６０～７０ｋＨｚであり得る。この例は、トランスデューサが人間の聴力範囲を超えて６７ｋＨｚの第１のモード周波数で音を発する用途を意図している。
【0050】
図１０Ｃは、中央ストリップ１０７０の固定端１０６２、１０６４を含む検知素子１０６０を示し、これらは、検知素子の懸架ならびに電気的接続を行うために使用される。検知素子１０６０は、ストリップ１０６９、１０７１などの周囲導体ストリップに接続された矩形板として成形された導体象限１０６１、１０６３、１０６５、１０６７を含む。導体象限１０６１、１０６３、１０６５、１０６７は、固定端１０６２、１０６４間に延在する軸１０６６と、導体象限１０６１、１０６３と導体象限１０６５、１０６７との間に位置する垂直軸（図１０Ｃには図示せず）とに関して対称である。ストリップ１０６９、１０７１は抵抗を増加させ、この配置は、大きな振動振幅に関連する検知素子領域に増加した抵抗を配置する。例えば、最低次モード周波数は１２．４ｋＨｚである。この例が高い減衰および低いＱを示すことを考えると、有用な周波数範囲は、少なくとも１２ｋＨｚ～３０ｋＨｚ以上であり得る。いくつかのモードは、モードに関連する運動方向のために冷却にあまり適していない場合があるが、多数のモードが利用可能である。センサ素子の寸法は、５００μｍ×５００μｍと比較的大きい。
【0051】
図１０Ｄは、検知素子の懸架および電気的接続に使用される固定端１０８２、１０８４を含む、図１Ａ～図１Ｂに類似した検知素子１０８０を示す。センサ１０８０は、ストリップ１０８９、１０９１などの端部導体ストリップに接続された略矩形螺旋として成形された導体セクション１０８１、１０８３を含む。導体セクション１０８１、１０８３は、固定端１０８２、１０８４の間に延在する軸１０８６に関して対称である。図１０ＤＤは、一例において、以下の表で、経路０－１、１－２、２－３、３－４、および４－５上のそれぞれ０．４８Ω、０．３５Ω、６．９５Ω、０．２１Ω、および０．４８Ωの、４００℃、２００℃、および２５℃における経路抵抗に関連付けられた位置０～５を示す。最大抵抗（２－３）は、一般に、より大きな振動振幅に関連付けられ、検知素子の応答を改善する。
【表4】
【0052】
図１０Ｅは、検知素子の懸架および電気的接続に使用される固定端１０４２、１０４４を含む（図１０Ｃのものに類似した）検知素子１０４０を示す。検知素子１０４０は、ストリップ１０４５、１０４６などの端部導体ストリップに接続された矩形に成形された導体セクション１０４１、１０４３を含む。導体セクション１０４１、１０４３は、固定端１０４２、１０４４の間に延在する軸に関して対称である。図１０Ｆは、検知素子１０４０の代表的な振動モードを示す。ストリップ１０４５、１０４６は抵抗を増加させ、この配置は、大きな振動振幅に関連する検知素子領域に増加した抵抗を配置する。上記の図１０Ａ～図１０Ｅでは、共振周波数が異なるため、音響波の検出可能範囲が異なる。
【0053】
例１１
図１１Ａ～図１１Ｃは、開示されたセンサを作製する別の代表的な方法を示す。図１１Ａに示すように、基板１１０２上に形成された酸化物層１１０４などの保護層上に、フォトレジストからなるスペーサ１１０６を塗布する。フォトレジストスペーサ１１０６は、一般に保護層１１０４の表面１１０３に塗布されるフォトレジスト層をパターニングすることによって生成することができる。図１１Ｂに示すように、導体層１１０８が、フォトレジストスペーサ１１０６および表面１１０３の一部の上に形成される。図１１Ｃに示すように、フォトレジストスペーサ１１０６を除去し、導体層１１０８のブリッジ部分１１１２とフォトレジストの除去により生じたギャップ１１１０とにより検知素子を形成する。フォトレジストスペーサ１１０６は、液体または蒸気としてのアセトンなどの液体または蒸気形態の溶媒で除去することができる。
図１１Ａ～図１１Ｃは、開示されたセンサを作製する別の代表的な方法を示す。図１１Ａに示すように、基板１１０２上に形成された酸化物層１１０４などの保護層上に、フォトレジストからなるスペーサ１１０６を塗布する。フォトレジストスペーサ１１０６は、一般に保護層１１０４の表面１１０３に塗布されるフォトレジスト層をパターニングすることによって生成することができる。図１１Ｂに示すように、導体層１１０８が、フォトレジストスペーサ１１０６および表面１１０３の一部の上に形成される。図１１Ｃに示すように、フォトレジストスペーサ１１０６を除去し、導体層１１０８のブリッジ部分１１１２とフォトレジストの除去により生じたギャップ１１１０とにより検知素子を形成する。フォトレジストスペーサ１１０６は、液体または蒸気としてのアセトンなどの液体または蒸気形態の溶媒で除去することができる。
【0054】
例１２
図１２Ａ～図１２Ｃは、開示されたセンサを作製する別の代表的な方法を示す。図１２Ａに示すように、基板１２０２の表面１２０３に酸化物スペーサ１２０６を形成し、酸化物スペーサ１２０６および表面１２０３に導体層１２０４を形成する。酸化物スペーサ１２０６は、パターニングされたフォトレジスト層および適切なエッチングプロセスを使用して酸化物層をパターニングすることによって生成することができる。図１２Ｂに示すように、酸化物スペーサ１２０６から離れた導体層１２０４の部分を除去する。図１２Ｃに示すように、酸化物スペーサ１２０６を除去し、導体層１２０４のブリッジ部分１２１２と酸化物スペーサ１２０６の除去により生じたギャップ１２１０とにより検知素子を形成する。シリコン基板および二酸化シリコンスペーサの場合、酸化物スペーサ１２０６は、ＨＦ蒸気またはＨＦおよびバッファの緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）を用いて除去することができる。これらのエッチングは、二酸化シリコンを除去する傾向があるが、シリコンをエッチングしない。他のエッチング手法を使用することができ、二酸化シリコン以外のスペーサは異なるエッチャントを必要とし得る。
図１２Ａ～図１２Ｃは、開示されたセンサを作製する別の代表的な方法を示す。図１２Ａに示すように、基板１２０２の表面１２０３に酸化物スペーサ１２０６を形成し、酸化物スペーサ１２０６および表面１２０３に導体層１２０４を形成する。酸化物スペーサ１２０６は、パターニングされたフォトレジスト層および適切なエッチングプロセスを使用して酸化物層をパターニングすることによって生成することができる。図１２Ｂに示すように、酸化物スペーサ１２０６から離れた導体層１２０４の部分を除去する。図１２Ｃに示すように、酸化物スペーサ１２０６を除去し、導体層１２０４のブリッジ部分１２１２と酸化物スペーサ１２０６の除去により生じたギャップ１２１０とにより検知素子を形成する。シリコン基板および二酸化シリコンスペーサの場合、酸化物スペーサ１２０６は、ＨＦ蒸気またはＨＦおよびバッファの緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）を用いて除去することができる。これらのエッチングは、二酸化シリコンを除去する傾向があるが、シリコンをエッチングしない。他のエッチング手法を使用することができ、二酸化シリコン以外のスペーサは異なるエッチャントを必要とし得る。
【0055】
例１３
図１３Ａ～図１３Ｃは、開示されたセンサを作製する別の代表的な方法を示す。図１３Ａに示すように、基板１３０２上の酸化物層１３０４の表面１３０３上のフォトレジストスペーサ１３０６、１３０９上に導体層１３０８を形成する。フォトレジスト層１３１０が導体層１３０８上に形成され、ギャップ１３２０内の導体層１３０８の一部を除去するようにパターニングされる。図１３Ｂは、ウェット溶媒エッチングによるフォトレジスト層１３１０の除去およびフォトレジストスペーサ１３０６、１３０９の部分的な除去を示す。フォトレジストスペーサ１３０６、１３０９の残りの部分は、導体層１３０８によって保護され、溶媒蒸気エッチングを使用して図１３Ｃに示す構造を生成する。電気的に別個の検知素子１３２１、１３２２が、基板１３０２の上に懸架される。検知素子１３２２は２つの端部で固定され、検知素子１３２１は１つの端部のみで固定される。
図１３Ａ～図１３Ｃは、開示されたセンサを作製する別の代表的な方法を示す。図１３Ａに示すように、基板１３０２上の酸化物層１３０４の表面１３０３上のフォトレジストスペーサ１３０６、１３０９上に導体層１３０８を形成する。フォトレジスト層１３１０が導体層１３０８上に形成され、ギャップ１３２０内の導体層１３０８の一部を除去するようにパターニングされる。図１３Ｂは、ウェット溶媒エッチングによるフォトレジスト層１３１０の除去およびフォトレジストスペーサ１３０６、１３０９の部分的な除去を示す。フォトレジストスペーサ１３０６、１３０９の残りの部分は、導体層１３０８によって保護され、溶媒蒸気エッチングを使用して図１３Ｃに示す構造を生成する。電気的に別個の検知素子１３２１、１３２２が、基板１３０２の上に懸架される。検知素子１３２２は２つの端部で固定され、検知素子１３２１は１つの端部のみで固定される。
【0056】
例１４
図１４Ａ～図１４Ｂは、基板１４０２と、基板１４０２に固定された導体１４０４、１４０６とを含む代表的なセンサ１４００を示す。検知素子１４０７は、第１および第２の導電性延長部１４１０、１４１２と、接続導体１４０８とを含み、これらはすべて基板１４０２の上方に懸架される。スペーサ層１４１４が、導体１４０４、１４０６を基板１４０２から分離するが、スペーサ層１４１４は、延長部１４１０、１４１２、またはコネクタ１４０８の下にはない。スペーサ層１４１４は、典型的には、延長部１４１０、１４１２およびコネクタ１４０８の下のスペーサ材料を除去することによってアンダーカットされる。
図１４Ａ～図１４Ｂは、基板１４０２と、基板１４０２に固定された導体１４０４、１４０６とを含む代表的なセンサ１４００を示す。検知素子１４０７は、第１および第２の導電性延長部１４１０、１４１２と、接続導体１４０８とを含み、これらはすべて基板１４０２の上方に懸架される。スペーサ層１４１４が、導体１４０４、１４０６を基板１４０２から分離するが、スペーサ層１４１４は、延長部１４１０、１４１２、またはコネクタ１４０８の下にはない。スペーサ層１４１４は、典型的には、延長部１４１０、１４１２およびコネクタ１４０８の下のスペーサ材料を除去することによってアンダーカットされる。
【0057】
例１５
図１５Ａ～図１５Ｂを参照すると、代表的なセンサ１５００は、基板１５０２に固定された部分１５０３と、基板１５０２から懸架された導電性検知素子１５０４とを含むセンサ導体１５０１を含む。導電性検知素子１５０４は、基板１５０２、キャップ層１５０８、および基板１５０２から延在するエンクロージャ壁１５０６によって画定されるエンクロージャのエンクロージャ容積１５１０内に位置する。複数のセンサは、単一の基板および単一のキャップ層を使用して形成することができ、各センサはそれぞれのエンクロージャ内に位置する。そのような複数のセンサは、検知素子、バイアス抵抗器、エンクロージャ容積、または他の仕様の同じまたは異なる構成を有することができる。
図１５Ａ～図１５Ｂを参照すると、代表的なセンサ１５００は、基板１５０２に固定された部分１５０３と、基板１５０２から懸架された導電性検知素子１５０４とを含むセンサ導体１５０１を含む。導電性検知素子１５０４は、基板１５０２、キャップ層１５０８、および基板１５０２から延在するエンクロージャ壁１５０６によって画定されるエンクロージャのエンクロージャ容積１５１０内に位置する。複数のセンサは、単一の基板および単一のキャップ層を使用して形成することができ、各センサはそれぞれのエンクロージャ内に位置する。そのような複数のセンサは、検知素子、バイアス抵抗器、エンクロージャ容積、または他の仕様の同じまたは異なる構成を有することができる。
【0058】
例１６
開示されたセンサは、圧延または曲げ可能な基板上に設けることができるが、曲率半径には限界がある。図１６を参照すると、ギャップＧを有する長さＬのセンサの可能な最小曲率半径Ｒは、
のように表すことができる。この最小曲率半径は、検知導体と基板との接触に関連付けられ、より小さい曲率半径を有すると、検知導体は基板と接触することになり、これは一般に望ましくない。いくつかの基板または検知素子材料は、降伏、疲労、または材料特性のために上記で決定された最小曲率半径を許容しない場合があり、Ｒはより大きくなければならない。
開示されたセンサは、圧延または曲げ可能な基板上に設けることができるが、曲率半径には限界がある。図１６を参照すると、ギャップＧを有する長さＬのセンサの可能な最小曲率半径Ｒは、
【数2】
【0059】
例１７
開示されたセンサは、約１０Ｈｚ～１００Ｈｚで典型的なサンプル振動をするが、検知素子構成に応じて最大１ＭＨｚ以上の入力信号に応答する。検知素子の共振モードは、検知素子の共振周波数に近い周波数範囲をサンプリングすることができるように周波数フィルタとして機能する。例えば、１μｍのエアギャップおよび薄い検知素子による振動減衰では、検知素子は、低いＱおよび広い帯域幅での検知を有するフィルタとして機能する。検知素子は、典型的には、検知素子の冷却により共振周波数付近の運動の効果を平均化する。検知素子によって生成された検出信号は、冷却と振動振幅との間の関係が非線形であるため、周波数またはフーリエ領域応答のいずれかに正確に対応しない。それにもかかわらず、そのような応答は多くの用途に適している。
開示されたセンサは、約１０Ｈｚ～１００Ｈｚで典型的なサンプル振動をするが、検知素子構成に応じて最大１ＭＨｚ以上の入力信号に応答する。検知素子の共振モードは、検知素子の共振周波数に近い周波数範囲をサンプリングすることができるように周波数フィルタとして機能する。例えば、１μｍのエアギャップおよび薄い検知素子による振動減衰では、検知素子は、低いＱおよび広い帯域幅での検知を有するフィルタとして機能する。検知素子は、典型的には、検知素子の冷却により共振周波数付近の運動の効果を平均化する。検知素子によって生成された検出信号は、冷却と振動振幅との間の関係が非線形であるため、周波数またはフーリエ領域応答のいずれかに正確に対応しない。それにもかかわらず、そのような応答は多くの用途に適している。
【0060】
図１７Ａを参照すると、スペーサ１７０６によって画定された基板１７０２とのギャップＧを有する検知素子１７０４の平均熱伝導率は、１／Ｇに比例する。一例として、ギャップＧ＝１μｍと仮定する。ギャップＧが０．５μｍと１．５μｍとの間で交互になるように検知素子１７０４が方形波音響信号を受ける場合、平均導電率は（０．５μｍ）－１と（１．５μｍ）－１の平均または４／３／μｍに比例し、これは静止した検知素子１７０４に関連付けられた導電率よりも大きい。正弦波振動に応答する時間の関数としての導電率が図１７Ｂに示されており、曲線１７５２は静止検知素子に対応し、曲線１７５４は振動しているセンサ素子に対応する。周期的信号に応答する平均導電率は、静止した検知素子の導電率よりも大きいことが明らかである。正弦波入力に応答した平均導電率は
に近づく傾向があり、ここで、Ａは定数であり、δＧは検知素子振動の振幅であることが示され得る。
【数3】
【0061】
例示的な実施例
実施例１は、基板と、検知素子であって、検知素子が基板から離間されるように少なくとも１つの端部が基板に固定された、検知素子と、検知素子に結合され、検知素子を加熱し、検知素子の振動に関連付けられた出力信号を生成するように動作可能であるセンサ回路とを備えるセンサである。
実施例２は、実施例１の主題を含み、検知素子の振動に関連付けられた出力信号は、検知素子の温度の変化に対応することをさらに特定する。
実施例３は、実施例１～２のいずれかの主題を含み、検知素子は、第１の端部および第２の端部で基板に固定され、その結果、検知素子は、第１の端部から第２の端部まで延在し、基板から懸架されることをさらに特定する。
実施例４は、実施例１～３のいずれかの主題を含み、検知素子と基板との間にギャップを画定するために、検知素子の少なくとも１つの端部に配置されたスペーサをさらに含む。
実施例５は、実施例１～４のいずれかの主題を含み、基板は可撓性基板であることをさらに特定する。
実施例６は、実施例１～５のいずれかの主題を含み、基板はポリエチレンテレフタレートであることをさらに特定する。
実施例７は、実施例１～６のいずれかの主題を含み、検知素子は金属であることをさらに特定する。
実施例８は、実施例１～７のいずれかの主題を含み、検知素子に結合された抵抗導体をさらに含み、センサ回路は、抵抗導体によって検知素子に伝導される電流で検知素子を加熱するように動作可能である。
実施例９は、実施例１～８のいずれかの主題を含み、基板上に画定された少なくとも１つの導電性パッドをさらに含み、導電性パッドおよび検知素子は共通の導電層内に画定される。
実施例１０は、実施例１～９のいずれかの主題を含み、基板上に画定された少なくとも１つの導電性パッドをさらに含み、少なくとも１つの導電性パッドおよび検知素子は異なる材料によって画定される。
実施例１１は、実施例１～１０のいずれかの主題を含み、少なくとも１つの導電性パッドは、第１、第２、および中間の導電性パッドを備え、抵抗器が共通の導電層内に画定され、検知素子は、抵抗器によって第１の導電性パッドに結合され、第２の導電性パッドで基板に固定されることをさらに特定する。
実施例１２は、実施例１～１１のいずれかの主題を含み、第１、第２、および中間の導電性パッド、ならびに抵抗器の間に配置されたスペーサをさらに含み、検知素子は、スペーサ厚さに関連付けられたギャップによって基板から離間される。
実施例１３は、実施例１～１２のいずれかの主題を含み、抵抗器は、同じ導電層内に画定された蛇行ストリップを備えることをさらに特定する。
実施例１４は、実施例１～１３のいずれかの主題を含み、少なくとも１つの端部は、第１の端部および第２の端部を含み、検知素子は、第１の端部および第２の端部で基板に固定され、基板から離間されることをさらに特定する。
実施例１５は、実施例１～１４のいずれかの主題を含み、少なくとも検知素子の周りに配置されたエンクロージャをさらに含む。
実施例１６は、実施例１～１５のいずれかの主題を含み、エンクロージャは不活性ガスで満たされることをさらに特定する。
実施例１７は、実施例１～１６のいずれかの主題を含み、エンクロージャは、基板から延在するエンクロージャ壁と、エンクロージャ壁にシールされエンクロージャ容積を画定するキャップ層とを含むことをさらに特定する。
実施例１８は、基板に結合された導電層を形成することと、基板から離間した導電性検知素子を画定するために導電層をパターニングすることであって、導電性検知素子の第１の固定端および第２の固定端が基板に固定される、パターニングすることとを含む方法である。
実施例１９は、実施例１８の主題を含み、導電層はスペーサ層上に形成され、導電性検知素子は、スペーサ層の一部を除去することによって基板から離間されることをさらに特定する。
実施例２０は、実施例１８～１９のいずれかの主題を含み、導電性検知素子に関連付けられた位置で基板上にスペーサ層を形成することであって、導電層は、基板の露出部分およびスペーサ層上に形成される、形成することと、導電性検知素子が基板から離間されるようにスペーサ層を除去することとをさらに含む。
実施例２１は、実施例１８～２０のいずれかの主題を含み、導電層内に抵抗器を画定することをさらに含み、抵抗器は、導電性検知素子を加熱するように動作可能である。
実施例２２は、実施例１８～２１のいずれかの主題を含み、抵抗器は蛇行導電性ストリップとして画定されることをさらに特定する。
実施例２３は、実施例１８～２２のいずれかの主題を含み、導電性検知素子は、軸に関して対称である複数のセグメントを含むことをさらに特定する。
実施例２４は、基板と、基板上に画定された複数のセンサであって、複数のセンサの各々は検知素子を含む、複数のセンサと、検知素子と基板との間にギャップを画定するように複数のセンサの各々の検知素子および基板に結合された少なくとも１つのスペーサとを含むセンサアレイである。
実施例２５は、実施例２４の主題を含み、検知素子および検知素子の各々の少なくとも１つのスペーサは、それぞれ同じ導電層および同じスペーサ内に画定されることをさらに特定する。
実施例２６は、実施例２４～２５のいずれかの主題を含み、複数のセンサの各センサは、同じ導電層内に画定され検知素子に結合された第１、第２、および中間の導電性パッドと、同じ導電層内に画定され検知素子ならびに第１、第２、および中間の導電性パッドのうちの選択された１つに結合された抵抗器とをさらに含むことをさらに特定する。
実施例２７は、実施例２４～２７のいずれかの主題を含み、基板は可撓性基板であることをさらに特定する。
実施例２８は、実施例２４～２６のいずれかの主題を含み、センサの少なくともいくつかの抵抗器は異なる形状を有し、センサの少なくともいくつかの検知素子は異なる形状を有することをさらに特定する。
開示された技術の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を考慮して、例示された実施形態は好ましいにすぎず、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことが認識されるべきである。添付の特許請求の範囲および思想の範囲内にあるすべてのものを、本発明として請求する。
実施例１は、基板と、検知素子であって、検知素子が基板から離間されるように少なくとも１つの端部が基板に固定された、検知素子と、検知素子に結合され、検知素子を加熱し、検知素子の振動に関連付けられた出力信号を生成するように動作可能であるセンサ回路とを備えるセンサである。
実施例２は、実施例１の主題を含み、検知素子の振動に関連付けられた出力信号は、検知素子の温度の変化に対応することをさらに特定する。
実施例３は、実施例１～２のいずれかの主題を含み、検知素子は、第１の端部および第２の端部で基板に固定され、その結果、検知素子は、第１の端部から第２の端部まで延在し、基板から懸架されることをさらに特定する。
実施例４は、実施例１～３のいずれかの主題を含み、検知素子と基板との間にギャップを画定するために、検知素子の少なくとも１つの端部に配置されたスペーサをさらに含む。
実施例５は、実施例１～４のいずれかの主題を含み、基板は可撓性基板であることをさらに特定する。
実施例６は、実施例１～５のいずれかの主題を含み、基板はポリエチレンテレフタレートであることをさらに特定する。
実施例７は、実施例１～６のいずれかの主題を含み、検知素子は金属であることをさらに特定する。
実施例８は、実施例１～７のいずれかの主題を含み、検知素子に結合された抵抗導体をさらに含み、センサ回路は、抵抗導体によって検知素子に伝導される電流で検知素子を加熱するように動作可能である。
実施例９は、実施例１～８のいずれかの主題を含み、基板上に画定された少なくとも１つの導電性パッドをさらに含み、導電性パッドおよび検知素子は共通の導電層内に画定される。
実施例１０は、実施例１～９のいずれかの主題を含み、基板上に画定された少なくとも１つの導電性パッドをさらに含み、少なくとも１つの導電性パッドおよび検知素子は異なる材料によって画定される。
実施例１１は、実施例１～１０のいずれかの主題を含み、少なくとも１つの導電性パッドは、第１、第２、および中間の導電性パッドを備え、抵抗器が共通の導電層内に画定され、検知素子は、抵抗器によって第１の導電性パッドに結合され、第２の導電性パッドで基板に固定されることをさらに特定する。
実施例１２は、実施例１～１１のいずれかの主題を含み、第１、第２、および中間の導電性パッド、ならびに抵抗器の間に配置されたスペーサをさらに含み、検知素子は、スペーサ厚さに関連付けられたギャップによって基板から離間される。
実施例１３は、実施例１～１２のいずれかの主題を含み、抵抗器は、同じ導電層内に画定された蛇行ストリップを備えることをさらに特定する。
実施例１４は、実施例１～１３のいずれかの主題を含み、少なくとも１つの端部は、第１の端部および第２の端部を含み、検知素子は、第１の端部および第２の端部で基板に固定され、基板から離間されることをさらに特定する。
実施例１５は、実施例１～１４のいずれかの主題を含み、少なくとも検知素子の周りに配置されたエンクロージャをさらに含む。
実施例１６は、実施例１～１５のいずれかの主題を含み、エンクロージャは不活性ガスで満たされることをさらに特定する。
実施例１７は、実施例１～１６のいずれかの主題を含み、エンクロージャは、基板から延在するエンクロージャ壁と、エンクロージャ壁にシールされエンクロージャ容積を画定するキャップ層とを含むことをさらに特定する。
実施例１８は、基板に結合された導電層を形成することと、基板から離間した導電性検知素子を画定するために導電層をパターニングすることであって、導電性検知素子の第１の固定端および第２の固定端が基板に固定される、パターニングすることとを含む方法である。
実施例１９は、実施例１８の主題を含み、導電層はスペーサ層上に形成され、導電性検知素子は、スペーサ層の一部を除去することによって基板から離間されることをさらに特定する。
実施例２０は、実施例１８～１９のいずれかの主題を含み、導電性検知素子に関連付けられた位置で基板上にスペーサ層を形成することであって、導電層は、基板の露出部分およびスペーサ層上に形成される、形成することと、導電性検知素子が基板から離間されるようにスペーサ層を除去することとをさらに含む。
実施例２１は、実施例１８～２０のいずれかの主題を含み、導電層内に抵抗器を画定することをさらに含み、抵抗器は、導電性検知素子を加熱するように動作可能である。
実施例２２は、実施例１８～２１のいずれかの主題を含み、抵抗器は蛇行導電性ストリップとして画定されることをさらに特定する。
実施例２３は、実施例１８～２２のいずれかの主題を含み、導電性検知素子は、軸に関して対称である複数のセグメントを含むことをさらに特定する。
実施例２４は、基板と、基板上に画定された複数のセンサであって、複数のセンサの各々は検知素子を含む、複数のセンサと、検知素子と基板との間にギャップを画定するように複数のセンサの各々の検知素子および基板に結合された少なくとも１つのスペーサとを含むセンサアレイである。
実施例２５は、実施例２４の主題を含み、検知素子および検知素子の各々の少なくとも１つのスペーサは、それぞれ同じ導電層および同じスペーサ内に画定されることをさらに特定する。
実施例２６は、実施例２４～２５のいずれかの主題を含み、複数のセンサの各センサは、同じ導電層内に画定され検知素子に結合された第１、第２、および中間の導電性パッドと、同じ導電層内に画定され検知素子ならびに第１、第２、および中間の導電性パッドのうちの選択された１つに結合された抵抗器とをさらに含むことをさらに特定する。
実施例２７は、実施例２４～２７のいずれかの主題を含み、基板は可撓性基板であることをさらに特定する。
実施例２８は、実施例２４～２６のいずれかの主題を含み、センサの少なくともいくつかの抵抗器は異なる形状を有し、センサの少なくともいくつかの検知素子は異なる形状を有することをさらに特定する。
開示された技術の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を考慮して、例示された実施形態は好ましいにすぎず、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことが認識されるべきである。添付の特許請求の範囲および思想の範囲内にあるすべてのものを、本発明として請求する。
【図1A】
【図1B】
【図1B1】
【図1B2】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図3】
【図4】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10DD】
【図10E】
【図10F】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【国際調査報告】