JP2013044645A - Submount mid package of physical quantity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量センサのサブマウントMIDパッケージに関する。 The present invention relates to a submount MID package of a physical quantity sensor.
船舶や自動車等の移動体に搭載されて機器の姿勢制御や自動車のナビゲーションシステム等に用いられる物理量センサモジュールが知られている。物理量センサモジュールは、物理量センサをケースに収納することにより全体として構成される。例えば特許文献1には、XYZ直交3軸座標系の3軸それぞれの角速度および角度も検知でき、しかも、その故障も検出できる物理量センサとしての自動車用角度センサが開示されている。この自動車用角度センサは、直交するX軸とY軸を含む水平平面とこの平面に垂直なZ軸からなる直交3軸座標系において、四つの物理量センサ(同文献では「ジャイロ」と称す。)から構成される。つまり、四角錐形状の本体における四つの斜面にそれぞれ1つずつ、合計四つのジャイロが設けられている。 2. Description of the Related Art There is known a physical quantity sensor module that is mounted on a moving body such as a ship or an automobile and used for device attitude control, an automobile navigation system, or the like. The physical quantity sensor module is configured as a whole by housing the physical quantity sensor in a case. For example, Patent Document 1 discloses an automobile angle sensor as a physical quantity sensor that can detect angular velocities and angles of three axes of an XYZ orthogonal triaxial coordinate system and can also detect a failure thereof. This automobile angle sensor has four physical quantity sensors (referred to as “gyro” in the same document) in an orthogonal triaxial coordinate system consisting of a horizontal plane including orthogonal X and Y axes and a Z axis perpendicular to this plane. Consists of That is, a total of four gyros are provided, one on each of the four slopes of the quadrangular pyramid body.
四つのジャイロは、測定軸と水平平面とがなす角度をθ1、θ2、θ3およびθ4とするとき、これらの角度θ1、θ2、θ3およびθ4(但し、θ1、θ2、θ3およびθ4はいずれも90度未満)が相互に等しい。また、四つのジャイロのうちの一つのジャイロの測定軸を水平平面に投射した投射像とX軸とがなす角度をαとする。このとき、他の三つのジャイロの測定軸を水平平面に投射した投射像とX軸とがなす角度がそれぞれ180度−α、180度+αおよび360度−αである。 The four gyros have the angles θ1, θ2, θ3, and θ4 when the angles formed by the measurement axis and the horizontal plane are θ1, θ2, θ3, and θ4 (however, all of θ1, θ2, θ3, and θ4 are 90). Less than degrees) are equal to each other. Also, let α be the angle formed by the projected image obtained by projecting the measurement axis of one of the four gyros onto the horizontal plane and the X axis. At this time, the angles formed by the projection image obtained by projecting the measurement axes of the other three gyros on the horizontal plane and the X axis are 180 degrees −α, 180 degrees + α, and 360 degrees −α, respectively.
上記の自動車用角度センサは、このような構成を有するので、四つのジャイロから検知した値を演算することにより互いに直交するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の3方向の物理量(回転)を検知できる。また、この自動車用角速度センサでは、検知される角速度のX軸成分、Y軸成分およびZ軸成分の解が2つずつ得られる。各成分の二つの解は故障がない場合には実質的に同一の値となる。このことから、自動車用角速度センサは、四つのジャイロで角速度を測定し、二つの解の誤差を求めることで、故障の有無を判断できる。 Since the above-mentioned angle sensor for automobiles has such a configuration, the physical quantity (rotation) in the three directions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction orthogonal to each other by calculating the values detected from the four gyros. Can be detected. Further, in this automotive angular velocity sensor, two solutions of the detected X-axis component, Y-axis component, and Z-axis component of the angular velocity are obtained. The two solutions for each component have substantially the same value when there is no failure. From this, the angular velocity sensor for automobiles can determine the presence or absence of a failure by measuring the angular velocity with four gyros and obtaining the error of the two solutions.
しかしながら、上記した従来の自動車用角度センサは、物理量センサが4つ必要なため、各物理量センサが設けられるそれぞれの斜面の交差角度が所望値となるように本体を形成する工程が煩雑となり、生産性が低く、高価となる。また、図11に示すように、三つの立方体からなる本体100を形成し、それぞれの本体100の一面101に第1物理量センサ102、第2物理量センサ103、第3物理量センサ104を設ける物理量センサも考えられる。この物理量センサは、基板に実装する際、第1物理量センサ102、第2物理量センサ103、第3物理量センサ104の方向をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に回転させて実装していた。ところが、本体100は、それぞれに方向性があると、重心位置が異なり、共振点が異なるものとなった。そのため、共振点の異なる本体100を用いた物理量センサは、振動環境で使用した場合、3軸それぞれのセンサ特性の均一性が損なわれ、検知精度が低下した。
However, since the above-described conventional angle sensor for automobiles requires four physical quantity sensors, the process of forming the main body so that the crossing angle of each inclined surface on which each physical quantity sensor is provided becomes a desired value, which is difficult to produce. Low and expensive. In addition, as shown in FIG. 11, there is a physical quantity sensor in which a
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、3軸物理量センサモジュールが、安価に、しかも、高精度に得られる物理量センサのサブマウントMIDパッケージを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a submount MID package of a physical quantity sensor in which a triaxial physical quantity sensor module can be obtained at low cost and with high accuracy.
本発明の物理量センサのサブマウントMIDパッケージは、互いに隣り合う第1錐面、第2錐面および第3錐面が直交する略三角錐形状の本体と、前記第1錐面に設けられた第1物理量センサと、前記第2錐面に設けられた第2物理量センサと、前記第3錐面に設けられた第3物理量センサと、を備えるものである。 The physical quantity sensor submount MID package of the present invention includes a substantially triangular pyramid-shaped main body in which the first conical surface, the second conical surface, and the third conical surface that are adjacent to each other are orthogonal to each other, and a first conical surface provided on the first conical surface. A physical quantity sensor, a second physical quantity sensor provided on the second conical surface, and a third physical quantity sensor provided on the third conical surface.
さらに、本発明の物理量センサのサブマウントMIDパッケージは、前記本体が、三角錐形状である。 In the physical quantity sensor submount MID package of the present invention, the main body has a triangular pyramid shape.
また、本発明の物理量センサのサブマウントMIDパッケージは、直角三角柱形状の本体と、前記本体における鋭角稜線に挟まれた四角側面に設けられた物理量センサと、を備えるものである。 In addition, the submount MID package of the physical quantity sensor of the present invention includes a right triangular prism-shaped main body and a physical quantity sensor provided on a square side surface sandwiched between acute ridge lines in the main body.
本発明に係る物理量センサのサブマウントMIDパッケージによれば、3軸物理量センサモジュールを、安価に、しかも、高精度に得ることができる。 According to the submount MID package of the physical quantity sensor according to the present invention, the triaxial physical quantity sensor module can be obtained at low cost and with high accuracy.
以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて説明する。
図1(A)は本発明に係るサブマウントMIDパッケージの平面図、図1(B)は図1(A)の斜視図である。
図1(A)、(B)に示すように、この実施形態に係るサブマウントMIDパッケージ10は、先細りに形成された略三角柱形状の本体11と、本体11における第1錐面12に設けられた第1物理量センサ13と、第1錐面12に対して直交するとともに本体11における第2錐面14に設けられた第2物理量センサ15と、第1錐面12および第2錐面14に対してそれぞれ直交する本体11における第3錐面16に設けられた第3物理量センサ17と、を備える。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
1A is a plan view of a submount MID package according to the present invention, and FIG. 1B is a perspective view of FIG.
As shown in FIGS. 1A and 1B, a
図2は図1(A)、(B)に示したサブマウントMIDパッケージ10の本体11を母材18と共に表した斜視図である。
本体11は、立方体の母材18から切り出されてなる。従って、母材18となる立方体は、各面が相互に直交面に正確に形成されている。また、材質的にも、各面が重心から等距離となるように均質に形成されている。母材18は、プラスチック材料もしくはセラミック材料等からなる。プラスチック材料としては、LCP、PPA、PPS、PEEK等を用いることができ、セラミック材料としては、例えば窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(アルミナ)を用いることができる。
FIG. 2 is a perspective view showing the
The
本体11は、母材18の一つの角部19を頂点とした三角錐20で形成される。すなわち、本体11は、この母材18の頂点を中心に隣接する第1錐面12、第2錐面14、第3錐面16において、頂点を含まない対角同士の対角線21で切断して切り出した三角錐20となる。従って、三角錐20の第1錐面12、第2錐面14、第3錐面16に設けられた第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17は、感度方向が直交して配置されることになる。
The
図3(A)は図2に示した母材18の平面図、図3(B)は切削代22を含んだ母材18の平面図である。
母材18は、上記の対角線21で切断して本体11を切り出す。このため、実際には、母材18は、切り出し部分に、対角線21を平行移動して形成される刃の厚み分を加えた切削代22が形成されていることが好ましい。これにより、一つの母材18から四つの本体11が切り出し可能となり、本体11を得る際の歩留まりを高めることができる。
3A is a plan view of the
The
本体11が三角錐20となるサブマウントMIDパッケージ10は、第1錐面12、第2錐面14、第3錐面16に、図1に示す配線パターン23がMID(Molded Interconnect)技術によって直接形成される。MIDとは、射出成形品の表面に電気回路を一体形成した三次元成形回路部品のことで、従来の二次元回路とは異なり、傾斜面、垂直面、曲面、成形体内部の貫通孔等にも回路を付加する。サブマウントMIDパッケージ10では、第1錐面12、第2錐面14、第3錐面16のそれぞれに圧電素子であるセンサーチップ24を実装し、複数の端子25を含む配線パターン23がMIDで形成される。圧電素子は、例えば圧電セラミックの両面に電極を形成したものである。センサーチップ24と端子25とはワイヤー26にて電気的に接続される。
The
なお、このMIDには、特にパナソニック電工株式会社が提案するMIPTEC(微細複合加工技術)を用いることができる。MIPTECによれば、射出成形品の表面に電気回路を形成するMID技術に、成形表面活性化処理技術とレーザパターニング工法等を用いることで、微細パターニング、かつ、ベアチップ実装が可能な3D実装デバイスを実現できる。 For this MID, MIPTEC (fine composite processing technology) proposed by Panasonic Electric Works Co., Ltd. can be used. According to MIPTEC, a 3D mounting device capable of fine patterning and bare chip mounting by using a molding surface activation processing technology and a laser patterning method for MID technology for forming an electric circuit on the surface of an injection molded product. realizable.
図4は図1に示したサブマウントMIDパッケージ10を収容した物理量センサモジュール27の斜視図である。
サブマウントMIDパッケージ10は、セラミック多層パッケージからなるケース28に収容され、基板29に実装されて物理量センサモジュール27を構成する。ケース内の基板29には信号処理装置30が設けられ、信号処理装置30はサブマウントMIDパッケージ10と基板配線を介して電気的に接続される。物理量センサモジュール27は、コリオリ力により第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17の振動方向が変わると、それに応じて第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17の出力電圧に差が生じる。信号処理装置30は、その出力電圧の差を測定することにより、物理量センサモジュール27に加わった回転角速度を検出する。ケース28は、上蓋やモールドによって封止される。ケース28には信号処理装置30に接続された外部端子が設けられている。
FIG. 4 is a perspective view of the physical
The
次に、第1実施形態の作用を説明する。
サブマウントMIDパッケージ10を収容してなる物理量センサモジュール27では、振動している物体に回転角速度が与えられると、その振動方向と直角な方向にコリオリ力を生ずるという力学現象が利用される。直交する二つの異なる方向の振動を励振可能に構成した複合振動系において、一方の振動を励振した状態で、振動子を回転させると、コリオリ力の作用により、この振動と直角な方向に力が働き、他方の振動が励振される。この振動の大きさは、入力側の振動の大きさおよび回転角速度に比例するため、入力電圧を一定にした状態で、この振動の大きさに比例した出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めることができる。物理量センサモジュール27では、この出力電圧の大きさを信号処理装置30にて演算して物理量である例えば回転角速度を検出できる。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
In the physical
そして、サブマウントMIDパッケージ10では、先細りに形成された略三角柱形状の本体11の第1錐面12に第1物理量センサ13、第2錐面14に第2物理量センサ15、第3錐面16に第3物理量センサ17が設けられる。このため、本体11の重心位置は、第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17から等距離となる。これにより、センサ特性が安定する。しかも、第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17は、立方体から切り出した本体11の3面に配設されるので、90度で交差する異なるX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の3軸方向に向けて高精度に配向できる。また、本体11は、母材18から一回の切り出し工程で形成できるので、生産性が高く、安価となる。また、一つの立方体の母材18から四つのサブマウントMIDパッケージ10が製作できるので、歩留まりがよく、生産性を高めることができる。
In the
次に、本発明に係る第2実施形態を説明する。
図5は本発明に係る第2実施形態のサブマウントMIDパッケージ31の斜視図、図6は図5に示したサブマウントMIDパッケージ31の側面図である。なお、図1〜図4に示した部材、部位と同等の部材、部位には同一の符合し重複する説明は省略する。
この実施形態に係るサブマウントMIDパッケージ31は、直角三角柱形状の本体32と、本体32における鋭角稜線33に挟まれた四角側面に設けられた物理量センサ(例えば第1物理量センサ13)と、を備える。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described.
FIG. 5 is a perspective view of the
The
直角三角柱形状の本体32は、上記の三角錐20から切り出すことができる。三角錐20は、上記のように、立方体からなる母材18の一つの角部19を頂点として、この頂点を含まない対角同士の対角線21で切断して切り出される。本体32は、このようにして形成された三角錐20から、さらに、切り出して得られる。すなわち、図2に示した三角錐20を、その底面と平行な平断面34(図2参照)で切断する。頂点の除去された三角錐20を平面視して三角形となった平断面34から、それぞれの3辺部に沿って底面と直交する垂直面で切断して両端が先細となった三角柱近似体を切り出す。最後に、三角柱近似体の両端を、垂直面と直交する平行な一対の両端面35で切断して、一つの三角錐20から三つの直角三角柱形状の本体32ができあがる。
The
この三つの直角三角柱形状となった三つの本体32は、いずれかが三角錐20の第1錐面12を有し、他のいずれかが第2錐面14を有し、残りの本体32が第3錐面16を有する。そして、第1錐面12を有する本体32に第1物理量センサ13、第2錐面14を有する本体32に第2物理量センサ15、第3錐面16を有する本体32に第3物理量センサ17が設けられる。それぞれのサブマウントMIDパッケージ31は、基板29に実装される。従って、第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17の設けられる第1錐面12、第2錐面14、第3錐面16は、基板実装面36とのなす角度θが約35.3度となる。
One of the three
図7は図5に示したサブマウントMIDパッケージ31を収容した物理量センサモジュール37の斜視図である。
サブマウントMIDパッケージ31は、3つが、セラミック多層パッケージからなるケース28に収容され、基板29に実装されて物理量センサモジュール37を構成する。三つのサブマウントMIDパッケージ31は、基板実装面上において、少なくとも同一直線状、または平行とならないように、好ましくは、三角形状の各辺と平行となるように配置される。つまり、相互に異なる向きに配置される。
FIG. 7 is a perspective view of the physical
Three submount MID packages 31 are accommodated in a
ケース内の基板29には信号処理装置30が設けられ、信号処理装置30はサブマウントMIDパッケージ31と基板配線を介して電気的に接続される。物理量センサモジュール37は、コリオリ力により第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17の振動方向が変わると、それに応じて第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17の出力電圧に差が生じる。信号処理装置30は、その出力電圧の差を測定することにより、物理量センサモジュール27に加わった回転角速度を検出する。ケース28は、上蓋やモールドによって封止される。ケース28には信号処理装置30に接続された外部端子が設けられる。
A
この実施形態に係るサブマウントMIDパッケージ31によれば、本体32の重心位置は、第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17から等距離となるので、センサ特性が安定する。これにより、第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17は、90度で交差する異なる3軸方向に向けて高精度に配向される。
According to the
次に、上記実施形態の変形例を説明する。
図8は図2に示したサブマウントMIDパッケージ10を底面と平行な平断面34で切断して得た変形例に係るサブマウントMIDパッケージ38の斜視図である。
この変形例に係るサブマウントMIDパッケージ38は、図1に示したサブマウントMIDパッケージ10の頭頂部39が、底面と平行な平断面34で切断されてなる。サブマウントMIDパッケージ38は、頭頂部39が切除された分、サブマウントMIDパッケージ10よりも全高が低くなる。これにより、ケース28への収容に必要な高さが小さくなり、物理量センサモジュール27の小型化を可能にできる。
Next, a modification of the above embodiment will be described.
FIG. 8 is a perspective view of a
The
図9(A)は直方体と共に表した変形例に係るサブマウントMIDパッケージ40の斜視図、図9(B)は図9(A)に示したサブマウントMIDパッケージ40の切り出し後の斜視図である。
上記実施形態では、母材18が立方体からなる場合を例に説明したが、母材41は、直方体であってもよい。直方体からなる母材41においても、本体42は、母材41の一つの角部19を頂点として、この頂点を中心に隣接する第1錐面12、第2錐面14、第3錐面16において、頂点を含まない対角同士の対角線21で切り出した三角錐43となる。従って、三角錐43の第1錐面12、第2錐面14、第3錐面16に設けられた第1物理量センサ13、第2物理量センサ15、第3物理量センサ17は、感度方向が直交して配置されることになる。
FIG. 9A is a perspective view of a
In the above embodiment, the case where the
図10(A)はチップ実装基準面44を設けた変形例に係るサブマウントMIDパッケージ45の斜視図、図10(B)は図10(A)の側面図である。
この変形例に係るサブマウントMIDパッケージ45は、三角柱側面46に基板実装面36に平行なチップ実装基準面44が形成される。チップ実装基準面44を有するサブマウントMIDパッケージ45は、例えば図6に示した三角柱形状の頭頂部48を基板実装面36と平行な平断面49で切除し、垂直辺部50を第1錐面12と平行な傾斜面52で切除することにより形成できる。
この変形例によれば、第1錐面12に対して平行な傾斜面52を設けることにより、ダイボンディングやワイヤーボンディングを容易にできる。
また、サブマウントMIDパッケージ45によれば、基板実装面36に対して平行なチップ実装基準面44が設けられているため、実装機が吸着する吸着面として利用することが可能となり、回路基板に対するサブマウントMIDパッケージ45の実装を容易に行える。
FIG. 10A is a perspective view of a
In the
According to this modification, die bonding and wire bonding can be facilitated by providing the
Further, according to the
従って、本実施形態に係る物理量センサのサブマウントMIDパッケージ10、サブマウントMIDパッケージ31、サブマウントMIDパッケージ38、サブマウントMIDパッケージ40、サブマウントMIDパッケージ45によれば、3軸物理量センサモジュールを、安価に、しかも、高精度に得ることができる。
Therefore, according to the
そして、サブマウントMIDパッケージ10、サブマウントMIDパッケージ31、サブマウントMIDパッケージ38、サブマウントMIDパッケージ40、サブマウントMIDパッケージ45は、角速度センサ、角度センサ以外にも、例えば3軸LEDパッケージ(LED照明)等にも好適に用いることができ、上記同様の効果を奏するものである。
The
10 サブマウントMIDパッケージ
11 本体
12 第1錐面
13 第1物理量センサ(物理量センサ)
14 第2錐面
15 第2物理量センサ(物理量センサ)
16 第3錐面
17 第3物理量センサ(物理量センサ)
33 鋭角稜線
10
14 Second
16 Third
33 Sharp corner ridgeline
Claims (3)
前記第1錐面に設けられた第1物理量センサと、
前記第2錐面に設けられた第2物理量センサと、
前記第3錐面に設けられた第3物理量センサと、
を備える物理量センサのサブマウントMIDパッケージ。 A substantially triangular pyramid-shaped main body in which the first conical surface, the second conical surface and the third conical surface which are adjacent to each other are orthogonal to each other;
A first physical quantity sensor provided on the first conical surface;
A second physical quantity sensor provided on the second conical surface;
A third physical quantity sensor provided on the third conical surface;
Submount MID package of physical quantity sensor comprising
前記本体が、三角錐形状である物理量センサのサブマウントMIDパッケージ。 The physical quantity sensor submount MID package according to claim 1,
The submount MID package of the physical quantity sensor whose said main body is a triangular pyramid shape.
前記本体における鋭角稜線に挟まれた四角側面に設けられた物理量センサと、
を備える物理量センサのサブマウントMIDパッケージ。 A right triangular prism body,
A physical quantity sensor provided on a square side surface sandwiched between acute ridges in the main body;
Submount MID package of physical quantity sensor comprising
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