JP2008076264A

JP2008076264A - 複合センサ

Info

Publication number: JP2008076264A
Application number: JP2006256653A
Authority: JP
Inventors: Yohei Ashimori; 洋平足森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】角速度や加速度を検出するにあたり、実装面積を低減して小型化を図った複合センサを提供することを目的としている。
【解決手段】角速度を検出する角速度検出素子１０と、加速度を検出する加速度検出素子１２と、加速度検出素子１２または角速度検出素子１０から出力される信号を処理するＩＣ１４と、角速度検出素子１０および加速度検出素子１２およびＩＣ１４とを収納するとともに、ＩＣ１４を固定配置したパッケージ１６とを備え、ＩＣ１４の上方に角速度検出素子１０を配置し、角速度検出素子１０の上方に加速度検出素子１２を配置した構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる角速度や加速度を検出する複合センサに関するものである。

以下、従来の複合センサについて説明する。

従来、角速度や加速度を検出する複合センサを用いる場合は、角速度を検出するには専用の角速度センサを用い、加速度を検出するには専用の加速度センサを用いていた。

したがって、各種電子機器において、角速度と加速度とを複合して検出する場合は、複数の角速度センサと加速度センサを各種電子機器の実装基板に各々実装していた。

一般に、角速度センサは、音さ形状やＨ形状やＴ形状等、各種の形状の検出素子を振動させて、コリオリ力の発生に伴う検出素子の歪を電気的に検知して角速度を検出するものであり、加速度センサは、錘部を有し、加速度に伴う錘部の可動を、可動前と比較検知して加速度を検出するものである。

このような角速度センサや加速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１および特許文献２が知られている。
特開２００１−２０８５４６号公報特開２００１−７４７６７号公報

上記構成では、検出したい角速度や加速度の検出軸に対応させて、角速度センサおよび加速度センサを実装基板に各々実装するので実装面積を確保する必要があり、小型化を図れないという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決し、角速度や加速度を検出するにあたり、実装面積を低減して小型化を図った複合センサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、角速度を検出する角速度検出素子と、加速度を検出する加速度検出素子と、前記加速度検出素子または前記角速度検出素子から出力される信号を処理するＩＣと、前記角速度検出素子および前記加速度検出素子および前記ＩＣとを収納するとともに、前記ＩＣを固定配置したパッケージとを備え、前記ＩＣの上方に前記角速度検出素子を配置し、前記角速度検出素子の上方に前記加速度検出素子を配置した構成である。

上記構成により、ＩＣの上方に角速度検出素子を配置し、角速度検出素子の上方に加速度検出素子を配置しているので、実装面積を低減でき小型化を図れる。

図１は本発明の一実施の形態における複合センサの模式図である。

図１において本発明の一実施の形態における複合センサは、角速度を検出する角速度検出素子１０と、加速度を検出する加速度検出素子１２と、加速度検出素子１２または角速度検出素子１０から出力される信号を処理して角速度や加速度を検出する処理回路を集積したベアチップからなるＩＣ１４と、角速度検出素子１０および加速度検出素子１２およびＩＣ１４とを収納するとともに、バンプ等の接合部１５を介してＩＣ１４を実装したパッケージ１６とを備えている。角速度検出素子１０と加速度検出素子１２とは線膨張係数が同一の材料であるシリコンからなる。

ＩＣ１４の上方には角速度検出素子１０を積層配置し、角速度検出素子１０の上方には加速度検出素子１２を積層配置している。例えば、角速度検出素子１０としては、実装用の固定部と、一端を固定部に連結し他端を自由端とした駆動振動用のアームと、コリオリ力に起因して撓むとともに一端を固定部に連結し他端を自由端とした歪感知用のアームとを有する音叉形状等の片持ち支持構造のものを用い、加速度検出素子１２としては、実装用の固定部と、一端を固定部に連結し他端を錘部に連結し、錘部の可動に起因して撓む歪感知用のアームとを有する片持ち支持構造のものを用いればよい。駆動振動用のアームと歪感知用のアームとは同一アームとしてもよい。

また、角速度検出素子１０の固定部とＩＣ１４とを第１接着剤１７により接着し、角速度検出素子１０の固定部と加速度検出素子１２の固定部とを第２接着剤１８により接着し、ＩＣ１４とパッケージ１６とを第３接着剤２０により接着している。この第１接着剤１７はエポキシ系接着剤とし、第２接着剤１８はシリコン系接着剤とし、第３接着剤２０はエポキシ系接着剤とし、第１接着剤１７の線膨張係数は第２接着剤１８の線膨張係数よりも小さく、第３接着剤２０の粘度は第１接着剤１７の粘度よりも小さくしている。

そして、パッケージ１６にＩＣ１４を固定配置し、ＩＣ１４の上方に角速度検出素子１０を積層固定し、角速度検出素子１０の上方に加速度検出素子１２を積層固定している。

上記構成により、ＩＣ１４の上方に角速度検出素子１０を配置し、角速度検出素子１０の上方に加速度検出素子１２を配置しているので、実装面積を低減でき小型化を図れる。

特に、ＩＣ１４と角速度検出素子１０とは第１接着剤１７により接着し、角速度検出素子１０と加速度検出素子１２とは第２接着剤１８により接着し、第１接着剤１７の線膨張係数を第２接着剤１８の線膨張係数よりも小さくしているので、角速度検出素子１０および加速度検出素子１２の検出精度を損なわずに、ＩＣ１４の上方に固定配置することができる。

これは、角速度検出素子１０については、アームが常時振動しているために、この振動が固定部を介してＩＣ１４や加速度検出素子１２に漏れやすく、この漏れ振動に起因してアームの駆動振動数が変化して検出精度を劣化させる恐れがあるが、線膨張係数の小さい第１接着剤１７にて接着することにより漏れ振動を抑制し駆動振動数を安定させられるからである。加速度検出素子１２については、温度変化に対して角速度検出素子１０と加速度検出素子１２が膨張収縮しても、線膨張係数の大きい第２接着剤１８にて接着することによって、膨張率の違いに起因した負荷が各々の素子に加えられにくくなるからである。

特に、第２接着剤１８はシリコン系接着剤とし、第１接着剤１７はエポキシ系接着剤とすることにより確実に上記効果を得ることができる。この際、ＩＣ１４とパッケージ１６とを接着する第３接着剤２０を、第１接着剤１７と同等の線膨張係数を有するエポキシ系接着剤とすれば、ＩＣ１４とパッケージ１６との接合強度を向上させられ、ＩＣ１４の電気的な接続をしているバンプ等の接合部１５の剥離を抑制できる。この第３接着剤２０の粘度を第１接着剤１７の粘度よりも小さくしておけば、ＩＣ１４とパッケージ１６との隙間が数μｍと狭くても第３接着剤２０を浸透させやすく、的確に塗布することもできる。

また、角速度検出素子１０と加速度検出素子１２とは線膨張係数が同一の材料からなるので、温度変化に対して角速度検出素子１０および加速度検出素子１２に膨張収縮が発生したとしても、膨張率の違いに起因した負荷が各々の素子に加えられにくくなり、各々の検出精度の劣化を抑制できる。互いの線膨張係数が異なる場合は、膨張収縮率の違いが各々の素子に引っ張り方向や圧縮方向に負荷となって加えられる恐れがあり、この負荷に起因して、実際には角速度や加速度が発生していないにもかかわらず、擬似的に角速度や加速度が発生する恐れがある。

さらに、角速度検出素子１０としては、実装用の固定部と、一端を固定部に連結し他端を自由端とした駆動振動用のアームと、コリオリ力に起因して撓むとともに一端を固定部に連結し他端を自由端とした歪感知用のアームとを有する音叉形状等の片持ち支持構造のものを用い、加速度検出素子１２としては、実装用の固定部と、一端を固定部に連結し他端を錘部に連結し、錘部の可動に起因して撓む歪感知用のアームとを有する片持ち支持構造のものを用い、角速度検出素子１０の固定部および加速度検出素子１２の固定部に、第１接着剤１７および第２接着剤１８を接着しているので、各々の検出素子は、線膨張係数の影響を受けにくく、より検出精度の劣化を抑制できる。

各々の検出素子が片持ち支持構造である場合、各々の検出素子の歪感知用のアームはその一端のみが固定部に連結されるので、線膨張係数が互いに異なる角速度検出素子１０および加速度検出素子１２およびＩＣ１４に各々膨張収縮が発生したとしても、歪感知用のアームに影響が生じにくく検出精度の劣化を抑制できる。歪感知用のアームの両端が実装用の固定部に連結された両持ち支持構造の場合は、固定部の間に膨張収縮に起因した負荷が加わりやすく、歪感知用のアームに影響が生じて検出精度の劣化の恐れがある。

本発明に係る複合センサは、加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減でき小型化を図れ、各種電子機器に適用できるものである。

本発明の一実施の形態における複合センサの模式図

符号の説明

１０角速度検出素子
１２加速度検出素子
１４ＩＣ
１５接合部
１６パッケージ
１７第１接着剤
１８第２接着剤
２０第３接着剤

Claims

角速度を検出する角速度検出素子と、加速度を検出する加速度検出素子と、前記加速度検出素子または前記角速度検出素子から出力される信号を処理するＩＣと、前記角速度検出素子および前記加速度検出素子および前記ＩＣとを収納するとともに、前記ＩＣを固定配置したパッケージとを備え、
前記ＩＣの上方に前記角速度検出素子を配置し、前記角速度検出素子の上方に前記加速度検出素子を配置した複合センサ。
前記ＩＣと前記角速度検出素子とは第１接着剤により接着し、前記角速度検出素子と前記加速度検出素子とは第２接着剤により接着し、前記第１接着剤の線膨張係数を前記第２接着剤の線膨張係数より小さくした請求項１記載の複合センサ。
前記ＩＣと前記パッケージとは第３接着剤を介して固定配置し、前記第３接着剤の線膨張係数と前記第１接着剤の線膨張係数を同等にするとともに、前記第３接着剤の粘度を前記第１接着剤の粘度よりも小さくした請求項２記載の複合センサ。
前記第２接着剤はシリコン系接着剤とし、前記第１接着剤はエポキシ系接着剤とした請求項２記載の複合センサ。
前記角速度検出素子と前記加速度検出素子とは線膨張係数が同一の材料からなる請求項１記載の複合センサ。
前記加速度検出素子は、実装用の固定部と、前記固定部に連結した錘部と、前記錘部の可動に起因して撓むアームとを有する片持ち支持構造とし、前記角速度検出素子は、実装用の固定部と、前記固定部に連結した駆動振動用のアームと、コリオリ力に起因して撓むアームとを有する片持ち支持構造とし、前記角速度検出素子の固定部および前記加速度検出素子の固定部に、前記第１接着剤および前記第２接着剤を接着した請求項１記載の複合センサ。