JP2013160553A

JP2013160553A - Physical quantity detector, physical quantity detection device, and electronic apparatus

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Publication number: JP2013160553A
Application number: JP2012020753A
Authority: JP
Inventors: Jun Watanabe; 潤渡辺
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-19

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical quantity detector with excellent temperature characteristics.SOLUTION: A physical quantity detector 1 includes: a cantilever 9 having a base part 10, a movable part 12 extended on the base part 10 via a joint part 11 and displacing according to the change of a physical quantity, and a support part 14 continuing from the joint part 11 and extending along an outer periphery of the movable part 12; a physical quantity detection element 13 disposed over the base part 10 and the movable part 12 and detecting a physical quantity in accordance with the displacement of the movable part 12; a mass part 15 disposed at a position without overlapping with the physical quantity detection element 13 on a main surface 12a of the movable part 12; and a spacer 50 held between the movable part 12 and the mass part 15 and connecting the movable part 12 to the mass part 15. When a linear expansion coefficient of the cantilever 9 is defined as S1, a linear expansion coefficient of the mass part 15 is as S2, and a linear expansion coefficient of the spacer 50 is as S3, the respective linear expansion coefficients have relationship of S1≤S3<S2 or S1≥S3>S2.

Description

本発明は、物理量検出器、この物理量検出器を備える物理量検出デバイス及び電子機器に関する。 The present invention relates to a physical quantity detector, a physical quantity detection device including the physical quantity detector, and an electronic apparatus.

従来、第１基板片と第２基板片との間が継ぎ手部によって接続されているカンチレバーと、カンチレバーの変位を検出するための検出素子とを備え、カンチレバーの変位感度を高めるために質量部（錘部材）を設け、質量部がカンチレバーの可動部に接着接合された物理量検出器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a cantilever in which a first substrate piece and a second substrate piece are connected by a joint portion and a detection element for detecting the displacement of the cantilever, and a mass portion ( There has been proposed a physical quantity detector provided with a weight member and having a mass portion adhesively bonded to a movable portion of a cantilever (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１１−１４１１５２号公報JP 2011-141152 A

特許文献１では、質量部をカンチレバーの可動部に接着固定している。ここで、カンチレバーの線膨張係数と質量部の線膨張係数との間に大きな差がある場合、温度が変化する環境下において、線膨張係数の差によって接合部に歪みが発生することが考えられる。カンチレバー（可動部）の変位量に応じて物理量を検出する物理量検出器では、温度変化によってカンチレバーに歪みが発生すると、物理量検出素子の温度特性に影響を与え、正確な物理量検出ができないことが予想される。 In Patent Document 1, the mass part is bonded and fixed to the movable part of the cantilever. Here, when there is a large difference between the linear expansion coefficient of the cantilever and the linear expansion coefficient of the mass part, it is considered that distortion occurs in the joint due to the difference of the linear expansion coefficient in an environment where the temperature changes. . In a physical quantity detector that detects a physical quantity according to the amount of displacement of the cantilever (movable part), if the cantilever is distorted due to a change in temperature, the temperature characteristics of the physical quantity detection element will be affected, and accurate physical quantity detection cannot be expected. Is done.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］本適用例に係る物理量検出器は、基部と、前記基部に継ぎ手部を介して延在され、物理量の変化に応じて変位する可動部と、を有するカンチレバーと、前記基部と前記可動部とに掛け渡され、前記可動部の変位に応じて物理量を検出する物理量検出素子と、前記可動部の主面に配置される質量部と、前記可動部と前記質量部との間に介在され、前記可動部と前記質量部とを接合するスペーサーと、を備え、前記カンチレバーの線膨張係数をＳ１、前記質量部の線膨張係数をＳ２、前記スペーサーの線膨張係数をＳ３としたとき、Ｓ１≦Ｓ３＜Ｓ２、またはＳ１≧Ｓ３＞Ｓ２の関係にあること、を特徴とする。
ここで、物理量としては、例えば、加速度、振動、距離、重力、物体の傾斜（傾斜角度）等がある。 Application Example 1 A physical quantity detector according to this application example includes a base, a cantilever having a movable part that extends to the base via a joint part and is displaced in accordance with a change in physical quantity, and the base. A physical quantity detection element that spans the movable part and detects a physical quantity according to the displacement of the movable part, a mass part that is arranged on the main surface of the movable part, and between the movable part and the mass part And a spacer that joins the movable part and the mass part. The linear expansion coefficient of the cantilever is S1, the linear expansion coefficient of the mass part is S2, and the linear expansion coefficient of the spacer is S3. In this case, S1 ≦ S3 <S2 or S1 ≧ S3> S2.
Here, the physical quantity includes, for example, acceleration, vibration, distance, gravity, object inclination (inclination angle), and the like.

本適用例の物理量検出器によれば、スペーサーの線膨張係数を、カンチレバーの線膨張係数と同じか、カンチレバーの線膨張係数と質量部の線膨張係数の中間にすることによって、温度変化によって発生するカンチレバーの歪みを抑制することができ、よって、物理量検出素子の温度特性に与える影響を低減できることから正確な物理量検出を可能にする。 According to the physical quantity detector of this application example, the linear expansion coefficient of the spacer is the same as the linear expansion coefficient of the cantilever or is intermediate between the linear expansion coefficient of the cantilever and the linear expansion coefficient of the mass part, and is generated by a temperature change. The distortion of the cantilever to be suppressed can be suppressed, and hence the influence on the temperature characteristics of the physical quantity detection element can be reduced, thereby enabling accurate physical quantity detection.

［適用例２］上記適用例に係る物理量検出器において、前記スペーサーの前記可動部及び前記質量部との接合面積は、前記可動部の前記主面の面積ならびに前記質量部における前記可動部に対向している面の面積よりも小さいこと、が好ましい。 Application Example 2 In the physical quantity detector according to the application example described above, the bonding area of the spacer with the movable part and the mass part is opposite to the area of the main surface of the movable part and the movable part in the mass part. It is preferable that the area is smaller than the surface area.

線膨張係数を前述したような関係にしても、スペーサーの接合面積が大きい場合には、カンチレバーの歪みは無視できない程度になることが考えられる。よって、接合面積は小さいほどよい。しかし、例えば、物理量として加速度等を検出する場合には、質量部に過大な力が働き、接合部が破壊してしまうことがある。そこで、スペーサーの接合面積は、可動部と質量部との接合強度が損なわれない範囲で小さくすることがより好ましい。 Even when the linear expansion coefficient is in the relationship as described above, if the spacer bonding area is large, the distortion of the cantilever is considered to be insignificant. Therefore, the smaller the bonding area, the better. However, for example, when acceleration or the like is detected as a physical quantity, an excessive force acts on the mass part, and the joint part may be destroyed. Therefore, it is more preferable to reduce the bonding area of the spacer within a range where the bonding strength between the movable part and the mass part is not impaired.

［適用例３］上記適用例に係る物理量検出器において、前記スペーサーは、平面視前記質量部の略重心位置に配置されていること、が好ましい。 Application Example 3 In the physical quantity detector according to the application example described above, it is preferable that the spacer is disposed at a substantially center of gravity position of the mass portion in plan view.

上述したように、スペーサーの接合面積は小さいほどよい。また、可動部の主面に対して垂直方向の力に耐えられる接合強度があったとしても、接合部位置が質量部の重心位置とかけ離れていると、外部の力によって接合部に力のモーメントが働き、接合部が破壊されたり、可動部に捩れ力が加わることがある。そこで、スペーサーを、質量部の略重心位置に配置すれば、力のモーメントがかかることを低減できる。 As described above, the smaller the bonding area of the spacer, the better. In addition, even if there is a bonding strength that can withstand a force perpendicular to the main surface of the movable part, if the joint position is far from the center of gravity of the mass part, a moment of force is applied to the joint by an external force. May cause the joint to be broken or torsional force applied to the movable part. Therefore, if the spacer is disposed at a substantially center of gravity position of the mass portion, it is possible to reduce the force moment.

［適用例４］上記適用例に係る物理量検出器において、前記物理量検出素子は、前記基部と前記可動部とを結ぶ方向に延在される振動梁部と、前記振動梁部の両端部に設けられる接続基部と、を有し、前記接続基部の一方が前記基部に固定され、前記接続基部の他方が前記可動部に固定されていること、が好ましい。 Application Example 4 In the physical quantity detector according to the application example, the physical quantity detection element is provided at a vibrating beam portion extending in a direction connecting the base portion and the movable portion, and at both ends of the vibrating beam portion. It is preferable that one of the connection bases is fixed to the base and the other of the connection bases is fixed to the movable part.

このような物理量検出器は、例えば、加わる加速度による可動部の変位に応じて振動梁部が伸縮し、この際に生じる引っ張り応力、圧縮応力による振動梁部の振動周波数の変化によって加速度を検出することが可能である。 Such a physical quantity detector detects, for example, the acceleration by the change of the vibration frequency of the vibrating beam portion due to the tensile stress and the compressive stress generated by the vibrating beam portion according to the displacement of the movable portion due to the applied acceleration. It is possible.

［適用例５］本適用例に係る物理量検出デバイスは、上述した適用例のいずれかに記載の物理量検出器と、前記物理量検出器を収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする。 Application Example 5 A physical quantity detection device according to this application example includes the physical quantity detector according to any of the application examples described above and a package that houses the physical quantity detector.

本適用例によれば、上述の物理量検出器を用いることによって、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する物理量検出デバイスを提供することができる。
また、物理量検出器をパッケージ内に収容することで、外部からの塵埃や水分を排除することができると共に、取り扱い性が向上するという効果がある。 According to this application example, by using the physical quantity detector described above, it is possible to provide a physical quantity detection device that exhibits the effects described in any of the application examples.
In addition, by accommodating the physical quantity detector in the package, there are effects that dust and moisture from the outside can be excluded and handling is improved.

［適用例６］本適用例に係る電子機器は、上述した適用例のいずれかに記載の物理量検出器と、少なくとも物理量検出回路と、を備えていることを特徴とする。 Application Example 6 An electronic apparatus according to this application example includes the physical quantity detector according to any of the application examples described above and at least a physical quantity detection circuit.

本適用例によれば、上記適用例のいずれかに記載の物理量検出器を用いることによって、上記適用例に記載の効果を奏する電子機器を提供することができる。 According to this application example, by using the physical quantity detector described in any of the above application examples, it is possible to provide an electronic apparatus that exhibits the effects described in the application example.

実施形態１に係る物理量検出器を示す部分展開模式斜視図。FIG. 3 is a partially developed schematic perspective view showing the physical quantity detector according to the first embodiment. 実施形態１に係る物理量検出器の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図、（ｃ）は質量部とカンチレバーとの接合部を示す部分断面図。The structure of the physical quantity detector which concerns on Embodiment 1 is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which shows the AA cut surface of (a), (c) is the junction part of a mass part and a cantilever FIG. 実施形態１に係る物理量検出器の動作を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、可動部が−Ｚ方向に変位した状態を示し、（ｂ）は、可動部が＋Ｚ方向に変位した状態を示す。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating the operation of the physical quantity detector according to the first embodiment, where (a) illustrates a state in which the movable unit is displaced in the −Z direction, and (b) illustrates a state in which the movable unit is displaced in the + Z direction. Shows the state. 実施形態２に係る物理量検出器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ切断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ切断面を示す断面図。The physical quantity detector which concerns on Embodiment 2 is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which shows the DD cut surface of (a), (c) is the EE cut surface of (a). FIG. 物理量検出デバイスの概略構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ切断面を示す断面図。The schematic structure of a physical quantity detection device is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which shows the FF cut surface of (a). 傾斜計を例示する模式斜視図。The model perspective view which illustrates an inclinometer.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（物理量検出器） Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The drawings referred to in the following description are schematic views in which the vertical and horizontal scales of each member or part are different from actual ones in order to make each member a recognizable size.
(Physical quantity detector)

まず、物理量検出器について具体的な実施形態をあげ説明する。
（実施形態１） First, a specific embodiment of the physical quantity detector will be described.
(Embodiment 1)

図１は、実施形態１に係る物理量検出器を示す部分展開模式斜視図である。図２は、実施形態１に係る物理量検出器の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図、（ｃ）は質量部とカンチレバーとの接合部を示す部分断面図である。なお、配線は省略している。 FIG. 1 is a partially developed schematic perspective view showing a physical quantity detector according to the first embodiment. 2A and 2B show a configuration of a physical quantity detector according to the first embodiment, where FIG. 2A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view showing a section AA of FIG. 2A, and FIG. 2C is a mass part and a cantilever. It is a fragmentary sectional view which shows a junction part. Note that wiring is omitted.

図１、図２に示すように、物理量検出器１は、基部１０と、基部１０に継ぎ手部１１を介して延在され、物理量の変化に応じて変位する可動部１２と、継ぎ手部１１に連続し、可動部１２の周囲に沿って延在される支持部１４と、を有するカンチレバー９と、基部１０と可動部１２とに掛け渡され、可動部１２の変位に応じた物理量を検出する物理量検出素子１３と、を備えている。可動部１２の主面１２ａには、物理量検出素子１３と重ならない位置に配置される質量部１５を備え、主面１２ａに対向する主面１２ｂにも、主面１２ａ側に配置された質量部１５と対称位置に質量部１５が配置されている。さらに、質量部１５と可動部１２の主面１２ａ、主面１２ｂそれぞれの間には所定の厚みを有するスペーサー５０が介在され、可動部１２と質量部１５とはスペーサー５０によって接合されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the physical quantity detector 1 includes a base part 10, a movable part 12 that extends to the base part 10 through a joint part 11, and is displaced according to a change in physical quantity, and a joint part 11. A physical quantity corresponding to the displacement of the movable part 12 is detected by spanning the cantilever 9 having the support part 14 continuously extending along the periphery of the movable part 12, the base part 10 and the movable part 12. And a physical quantity detection element 13. The main surface 12a of the movable portion 12 includes a mass portion 15 that is disposed at a position that does not overlap the physical quantity detection element 13, and the main surface 12b that faces the main surface 12a is also disposed on the main surface 12a side. The mass portion 15 is arranged at a position symmetrical to the 15. Further, a spacer 50 having a predetermined thickness is interposed between the mass portion 15 and the main surface 12 a and the main surface 12 b of the movable portion 12, and the movable portion 12 and the mass portion 15 are joined by the spacer 50.

カンチレバー９は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出された水晶基板を用いて一体で略平板状に形成されている。基部１０、継ぎ手部１１、可動部１２、支持部１４の外形形状は、フォトリソグラフィー、エッチングなどの技術を用いて精度よく形成されている。可動部１２と支持部１４との間には、両者を分割するスリット状の孔が設けられている。 For example, the cantilever 9 is integrally formed in a substantially flat plate shape using a quartz substrate cut out at a predetermined angle from a quartz crystal or the like. The outer shapes of the base portion 10, the joint portion 11, the movable portion 12, and the support portion 14 are accurately formed by using techniques such as photolithography and etching. Between the movable part 12 and the support part 14, the slit-shaped hole which divides | segments both is provided.

継ぎ手部１１は、主面１２ａ，１２ｂ側からのハーフエッチングによって、基部１０と可動部１２とを区切るように、Ｘ軸方向に沿う溝部１１ａによって形成されている。継ぎ手部１１のＹ軸方向の断面形状（図２（ｂ）、参照）は略Ｈ字状を有している。
この継ぎ手部１１により、可動部１２は、主面１２ａ（１２ｂ）と交差する方向（Ｚ方向）に加わる物理量に応じて、継ぎ手部１１を支点（回転軸）にして主面１２ａと交差する方向（Ｚ方向）に変位する。 The joint portion 11 is formed by a groove portion 11a along the X-axis direction so as to divide the base portion 10 and the movable portion 12 by half etching from the main surfaces 12a and 12b. The cross-sectional shape of the joint portion 11 in the Y-axis direction (see FIG. 2B) has a substantially H shape.
A direction in which the movable portion 12 intersects the main surface 12a with the joint portion 11 as a fulcrum (rotation axis) according to a physical quantity applied in a direction (Z direction) intersecting the main surface 12a (12b) by the joint portion 11. Displacement (Z direction).

質量部１５には、例えば、Ｃｕ、Ａｕなどの金属に代表される比較的カンチレバー９の材質よりも比重の大きい材料が用いられている。本実施形態では、質量部１５はカンチレバー９の平面サイズ内において、質量を極力大きくするために、可動部１２の継ぎ手部１１側とは反対側の自由端側から、物理量検出素子１３と重ならない範囲で継ぎ手部１１の近くまで延び、平面視において、略Ｕ字形状を有している。 For the mass portion 15, for example, a material having a specific gravity larger than the material of the cantilever 9 typified by a metal such as Cu or Au is used. In the present embodiment, the mass portion 15 does not overlap the physical quantity detection element 13 from the free end side opposite to the joint portion 11 side of the movable portion 12 in order to maximize the mass within the plane size of the cantilever 9. It extends to the vicinity of the joint portion 11 in the range, and has a substantially U shape in plan view.

物理量検出器１は、図２（ａ）の斜線で示すように、質量部１５と支持部１４とが重なる領域Ｂでは、図２（ｂ）に示すように、質量部１５と支持部１４との間に隙間Ｃが設けられている。本実施形態では、隙間Ｃをスペーサー５０の厚さで管理している。 In the region B where the mass portion 15 and the support portion 14 overlap as shown by the hatched lines in FIG. 2A, the physical quantity detector 1 A gap C is provided between the two. In the present embodiment, the gap C is managed by the thickness of the spacer 50.

次に、スペーサー５０による可動部１２と質量部１５との接合について説明する。スペーサー５０は、本実施形態では図１に示すように四角形の平板であるが、その形状は四角形に限らず円形や楕円形、多角形等でもよい。図２（ｃ）に示すように、スペーサー５０は、表裏両面に接着剤１６が塗布されており、可動部１２と質量部１５は接着剤１６によって接合されている。接着剤１６には、例えば、シリコーン樹脂系の熱硬化型接着剤が用いられている。ここで、スペーサー５０による接合面積は、接合時の熱応力の観点から、可動部１２と質量部１５との接合強度が損なわれない範囲で小さくしておくことがより好ましく、本実施形態では、スペーサー５０と可動部１２及び質量部１５との接合面積を可動部１２における質量部１５との接着側の主面の面積ならびに質量部１５における可動部１２に対向している側の面の面積よりも小さい。前述した隙間Ｃ（図２（ｂ）、参照）は、スペーサー５０と接着剤１６の厚みによって決定される。 Next, the joining of the movable part 12 and the mass part 15 by the spacer 50 will be described. In the present embodiment, the spacer 50 is a rectangular flat plate as shown in FIG. 1, but the shape is not limited to a rectangle, and may be a circle, an ellipse, a polygon, or the like. As shown in FIG. 2C, the spacer 50 has an adhesive 16 applied to both the front and back surfaces, and the movable portion 12 and the mass portion 15 are joined by the adhesive 16. For the adhesive 16, for example, a silicone resin thermosetting adhesive is used. Here, from the viewpoint of thermal stress at the time of bonding, it is more preferable that the bonding area by the spacer 50 be small as long as the bonding strength between the movable portion 12 and the mass portion 15 is not impaired. The joint area of the spacer 50 with the movable part 12 and the mass part 15 is determined based on the area of the main surface of the movable part 12 on the adhesion side with the mass part 15 and the area of the surface of the mass part 15 facing the movable part 12 Is also small. The aforementioned gap C (see FIG. 2B) is determined by the thickness of the spacer 50 and the adhesive 16.

物理量検出素子１３は、図１及び図２（ａ）に示すように、基部１０と可動部１２とを結ぶ方向（Ｙ方向）に延在され、Ｘ方向に屈曲振動をする振動梁部１３ａ，１３ｂからなる物理量検出部１３ｃと、物理量検出部１３ｃの両端部に形成された一対の接続基部１３ｄ，１３ｅと、を備えている。物理量検出素子１３は、２本の振動梁部１３ａ，１３ｂと一対の接続基部１３ｄ，１３ｅとで二組の音叉を構成することから、双音叉素子（双音叉型振動片）とも呼ばれている。
物理量検出素子１３は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出された水晶基板を用いて、フォトリソグラフィー、エッチングなどの技術を用いて精度よく形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2A, the physical quantity detection element 13 extends in a direction (Y direction) connecting the base portion 10 and the movable portion 12, and is a vibrating beam portion 13a that performs bending vibration in the X direction. A physical quantity detection unit 13c composed of 13b, and a pair of connection bases 13d and 13e formed at both ends of the physical quantity detection unit 13c. The physical quantity detection element 13 is also called a double tuning fork element (double tuning fork type vibrating piece) because the two vibrating beam portions 13a and 13b and the pair of connection base portions 13d and 13e constitute two sets of tuning forks. .
The physical quantity detection element 13 is formed with high accuracy using a technique such as photolithography and etching using a quartz substrate cut out at a predetermined angle from, for example, a quartz crystal or the like.

なお、物理量検出素子１３の材質は、水晶に限定されるものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を皮膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。ただし、物理量検出素子１３は、カンチレバー９（可動部１２）との線膨張係数の差を小さくすることを考慮すればカンチレバー９と同質にすることが望ましい。 The material of the physical quantity detection element 13 is not limited to quartz, but lithium tantalate (LiTaO ₃ ), lithium tetraborate (Li ₂ B ₄ O ₇ ), lithium niobate (LiNbO ₃ ), titanate A piezoelectric material such as lead zirconate (PZT), zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN), or a semiconductor material such as silicon provided with a piezoelectric material such as zinc oxide (ZnO) or aluminum nitride (AlN) as a film. There may be. However, it is desirable that the physical quantity detection element 13 be the same quality as the cantilever 9 in consideration of reducing the difference in linear expansion coefficient from the cantilever 9 (movable part 12).

物理量検出素子１３は、一方の接続基部１３ｄが可動部１２の主面１２ａ側に、例えば、低融点ガラス、共晶接合可能なＡｕ／Ｓｎ合金被膜などの接合部材１７を介して固定され、他方の接続基部１３ｅが基部１０の主面１０ａ側に接合部材１７を介して固定されている。
なお、図２（ｂ）に示すように、物理量検出素子１３と、基部１０の主面１０ａ及び可動部１２の主面１２ａとの間には、可動部１２の変位時に物理量検出素子１３と基部１０及び可動部１２とが互いに接触しないように、所与の隙間が設けられている。この隙間は、本実施形態では、接合部材１７の厚さで管理されている。なお、接合部材１７の替わりにスペーサー５０を用いることができる。 In the physical quantity detection element 13, one connection base portion 13 d is fixed to the main surface 12 a side of the movable portion 12 via a bonding member 17 such as a low melting point glass or an Au / Sn alloy coating capable of eutectic bonding, and the other. The connection base portion 13e is fixed to the main surface 10a side of the base portion 10 via the joining member 17.
2B, between the physical quantity detection element 13 and the main surface 10a of the base portion 10 and the main surface 12a of the movable portion 12, the physical quantity detection element 13 and the base portion are displaced when the movable portion 12 is displaced. A given gap is provided so that 10 and the movable part 12 do not contact each other. This gap is managed by the thickness of the joining member 17 in this embodiment. A spacer 50 can be used in place of the joining member 17.

図１、図２（ａ）に示すように、物理量検出素子１３は、振動梁部１３ａ，１３ｂの図示しない励振電極（駆動電極）から接続基部１３ｅに形成された引き出し電極１３ｆ，１３ｇが、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー１８によって、基部１０の主面１０ａに設けられた接続端子１０ｂ，１０ｃと接続されている。詳述すると、引き出し電極１３ｆは、接続端子１０ｂと接続され、引き出し電極１３ｇは、接続端子１０ｃと接続されている。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2A, the physical quantity detection element 13 includes lead electrodes 13f and 13g formed on the connection base 13e from excitation electrodes (drive electrodes) (not shown) of the vibration beam portions 13a and 13b. Are connected to connection terminals 10b and 10c provided on the main surface 10a of the base 10 by a metal wire 18 such as Al. Specifically, the lead electrode 13f is connected to the connection terminal 10b, and the lead electrode 13g is connected to the connection terminal 10c.

基部１０の接続端子１０ｂ，１０ｃは、図示しない配線によって支持部１４の外部接続端子１４ｅ，１４ｆと接続されている。詳述すると、接続端子１０ｂは、外部接続端子１４ｅと接続され、接続端子１０ｃは、外部接続端子１４ｆと接続されている。
なお、励振電極、引き出し電極１３ｆ，１３ｇ、接続端子１０ｂ，１０ｃ、外部接続端子１４ｅ，１４ｆは、例えば、Ｃｒを下地層とし、その上にＡｕが積層された構成となっている。 The connection terminals 10b and 10c of the base portion 10 are connected to the external connection terminals 14e and 14f of the support portion 14 by wiring (not shown). Specifically, the connection terminal 10b is connected to the external connection terminal 14e, and the connection terminal 10c is connected to the external connection terminal 14f.
The excitation electrode, the extraction electrodes 13f and 13g, the connection terminals 10b and 10c, and the external connection terminals 14e and 14f have, for example, a structure in which Cr is a base layer and Au is stacked thereon.

図２（ａ）に示すように、支持部１４は、パッケージ、基板などの外部部材に固定するための固定部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有し、固定部１４ａ〜１４ｄが平面視において、隣り合う固定部同士を結んで囲んだ範囲内（図２（ａ）の２点鎖線で囲んだ範囲内）に、物理量検出器１の重心Ｇが位置するように配置されている。
なお、固定部が２箇所の場合には、固定部同士を結んだ直線上に重心Ｇが位置するように２箇所の固定部を配置すればよい。 As shown in FIG. 2A, the support portion 14 has fixing portions 14a, 14b, 14c, and 14d for fixing to an external member such as a package and a board, and the fixing portions 14a to 14d are in a plan view. Arranged so that the center of gravity G of the physical quantity detector 1 is located in a range surrounded by connecting adjacent fixed portions (in a range surrounded by a two-dot chain line in FIG. 2A).
When there are two fixing portions, the two fixing portions may be arranged so that the center of gravity G is located on a straight line connecting the fixing portions.

続いて、物理量検出器１の動作について説明する。
図３は、実施形態１に係る物理量検出器の動作を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、可動部１２が−Ｚ方向に変位した状態を示し、（ｂ）は、可動部１２が＋Ｚ方向に変位した状態を示す。 Next, the operation of the physical quantity detector 1 will be described.
3A and 3B are cross-sectional views schematically showing the operation of the physical quantity detector according to the first embodiment. FIG. 3A shows a state in which the movable part 12 is displaced in the −Z direction, and FIG. 3B shows the movable part. 12 shows a state displaced in the + Z direction.

図３（ａ）に示すように、物理量検出器１に、＋Ｚ方向の加速度が印加されると、可動部１２には−Ｚ方向に力が作用し、可動部１２は継ぎ手部１１を支点として−Ｚ方向に変位する。すると、物理量検出素子１３には、Ｙ方向に接続基部１３ｅと接続基部１３ｄとが互いに離される方向の力が加わり、振動梁部１３ａ，１３ｂには引っ張り応力が生じる。そのため、振動梁部１３ａ，１３ｂの共振周波数（振動周波数）は、高くなる。 As shown in FIG. 3 (a), when acceleration in the + Z direction is applied to the physical quantity detector 1, a force acts on the movable part 12 in the -Z direction, and the movable part 12 uses the joint part 11 as a fulcrum. -Displacement in the Z direction. Then, a force in a direction in which the connection base 13e and the connection base 13d are separated from each other in the Y direction is applied to the physical quantity detection element 13, and tensile stress is generated in the vibration beam portions 13a and 13b. Therefore, the resonance frequency (vibration frequency) of the vibrating beam portions 13a and 13b is increased.

一方、図３（ｂ）に示すように、物理量検出器１に、−Ｚ方向の加速度が印加されると、可動部１２には＋Ｚ方向に力が作用し、可動部１２は、継ぎ手部１１を支点として＋Ｚ方向に変位する。これにより、物理量検出素子１３には、Ｙ方向に接続基部１３ｅと接続基部１３ｄとが互いに近づく方向に力が加わり、振動梁部１３ａ，１３ｂには圧縮応力が生じる。そのため、振動梁部１３ａ，１３ｂの共振周波数は、低くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 3 (b), when acceleration in the −Z direction is applied to the physical quantity detector 1, a force acts on the movable portion 12 in the + Z direction, and the movable portion 12 is connected to the joint portion 11. Is displaced in the + Z direction using as a fulcrum. Thereby, a force is applied to the physical quantity detection element 13 in the direction in which the connection base 13e and the connection base 13d approach each other in the Y direction, and compressive stress is generated in the vibrating beam portions 13a and 13b. Therefore, the resonance frequency of the vibrating beam portions 13a and 13b is lowered.

物理量検出器１では、上記のような物理量検出素子１３の共振周波数の変化を検出している。より具体的には、物理量検出器１に加わる加速度は、上記の検出された共振周波数の変化の割合に応じて、ルックアップテーブルなどによって定められた数値に変換することで導出される。 The physical quantity detector 1 detects the change in the resonance frequency of the physical quantity detection element 13 as described above. More specifically, the acceleration applied to the physical quantity detector 1 is derived by converting it into a numerical value determined by a look-up table or the like in accordance with the detected change rate of the resonance frequency.

なお、物理量検出器１を傾斜計に用いた場合には、傾斜の姿勢の変化に応じて、傾斜計に対する重力加速度が加わる方向が変化し、振動梁部１３ａ，１３ｂに引っ張り応力や圧縮応力が生じる。従って、振動梁部１３ａ，１３ｂの共振周波数が変化する。 When the physical quantity detector 1 is used for an inclinometer, the direction in which the gravitational acceleration is applied to the inclinometer changes according to the change in the inclination posture, and tensile stress or compressive stress is applied to the vibrating beam portions 13a and 13b. Arise. Accordingly, the resonance frequency of the vibrating beam portions 13a and 13b changes.

また、上記の例では、物理量検出素子１３として、いわゆる双音叉素子を用いた例について説明したが、可動部１２の変位に応じて共振周波数が変化すれば、物理量検出素子１３の形態は、特に限定されない。 In the above example, an example using a so-called double tuning fork element as the physical quantity detection element 13 has been described. However, if the resonance frequency changes according to the displacement of the movable portion 12, the form of the physical quantity detection element 13 is particularly It is not limited.

図３（ａ）に示すように、物理量検出器１は、＋Ｚ方向に加わる加速度が所定の大きさより大きい場合、可動部１２の主面１２ａに固定された質量部１５に、支持部１４の交差する部分が接触する。これにより、物理量検出器１は、加速度の大きさに応じて−Ｚ方向に変位する可動部１２の変位を、所定の範囲（隙間Ｃに相当、図２（ｂ）参照）内に規制することができる。 As shown in FIG. 3A, when the acceleration applied in the + Z direction is larger than a predetermined magnitude, the physical quantity detector 1 intersects the mass portion 15 fixed to the main surface 12a of the movable portion 12 with the support portion 14 intersecting. The parts to touch come into contact. Thereby, the physical quantity detector 1 regulates the displacement of the movable portion 12 that is displaced in the −Z direction according to the magnitude of the acceleration within a predetermined range (corresponding to the gap C, see FIG. 2B). Can do.

一方、図３（ｂ）に示すように、物理量検出器１は、−Ｚ方向に加わる加速度が所定の大きさより大きい場合、可動部１２の主面１２ｂに固定された質量部１５に、支持部１４の交差する部分が接触する。これにより、物理量検出器１は、加速度の大きさに応じて＋Ｚ方向に変位する可動部１２の変位を、所定の範囲（隙間Ｃに相当、図２（ｂ）参照）内に規制することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the acceleration applied in the −Z direction is larger than a predetermined magnitude, the physical quantity detector 1 causes the mass part 15 fixed to the main surface 12 b of the movable part 12 to support the support part. The 14 intersecting parts come into contact. Thereby, the physical quantity detector 1 can regulate the displacement of the movable portion 12 that is displaced in the + Z direction according to the magnitude of the acceleration within a predetermined range (corresponding to the gap C, see FIG. 2B). it can.

物理量検出器１は、上述したように、カンチレバー９の可動部１２の基部１０に対する変位によって物理量検出素子１３の共振周波数が変化することを利用するものである。質量部１５はカンチレバー９の可動部１２に接着固定されている。ここで、カンチレバー９の線膨張係数と質量部１５の線膨張係数との間に大きな差があり、質量部１５と可動部１２とを直接接着固定する場合、温度が変化する環境下において、線膨張係数の差によって接合部に歪みが発生し、共振周波数が変化してしまうことが考えられる。 As described above, the physical quantity detector 1 utilizes the fact that the resonance frequency of the physical quantity detection element 13 changes due to the displacement of the movable part 12 of the cantilever 9 with respect to the base part 10. The mass portion 15 is bonded and fixed to the movable portion 12 of the cantilever 9. Here, there is a large difference between the linear expansion coefficient of the cantilever 9 and the linear expansion coefficient of the mass part 15, and when the mass part 15 and the movable part 12 are directly bonded and fixed, It is conceivable that distortion occurs in the joint due to the difference in expansion coefficient, and the resonance frequency changes.

そこで、本実施形態では、カンチレバー９の線膨張係数をＳ１、質量部１５の線膨張係数をＳ２、スペーサー５０の線膨張係数をＳ３としたとき、Ｓ１≦Ｓ３＜Ｓ２、またはＳ１≧Ｓ３＞Ｓ２の関係を満足する材質を選択している。なお、前述したように、本実施形態では、カンチレバー９として水晶を、質量部１５としてＣｕ、Ａｕまたはこれらの合金を用いる場合を例示した。従って、スペーサー５０の材質を水晶とすれば、上記の条件を満足させることができる。 Therefore, in this embodiment, when the linear expansion coefficient of the cantilever 9 is S1, the linear expansion coefficient of the mass portion 15 is S2, and the linear expansion coefficient of the spacer 50 is S3, S1 ≦ S3 <S2 or S1 ≧ S3> S2 A material that satisfies this relationship is selected. As described above, in this embodiment, the case where quartz is used as the cantilever 9 and Cu, Au, or an alloy thereof is used as the mass portion 15 is exemplified. Therefore, if the spacer 50 is made of quartz, the above conditions can be satisfied.

従って、上述した実施形態１に係る物理量検出器１は、スペーサー５０の線膨張係数を、カンチレバー９の線膨張係数と同じか、カンチレバー９の線膨張係数と質量部１５の線膨張係数の中間にすることによって、温度変化によって発生するカンチレバー９の歪みを抑制することができ、そのことによって、物理量検出素子１３の温度特性に与える影響を低減でき、より正確な物理量検出を可能にする。 Therefore, in the physical quantity detector 1 according to the first embodiment described above, the linear expansion coefficient of the spacer 50 is the same as the linear expansion coefficient of the cantilever 9 or between the linear expansion coefficient of the cantilever 9 and the linear expansion coefficient of the mass unit 15. By doing so, the distortion of the cantilever 9 caused by the temperature change can be suppressed, whereby the influence on the temperature characteristic of the physical quantity detection element 13 can be reduced, and more accurate physical quantity detection can be performed.

また、従来技術のように、カンチレバー９（可動部１２）と質量部１５との厚み方向の隙間Ｃを適切に確保するための工程として、厚み確保用のスペーサーを介在させて接着し、接着後にこのスペーサーを除去するという工程が不要となる。 Further, as in the prior art, as a process for appropriately securing the gap C in the thickness direction between the cantilever 9 (movable part 12) and the mass part 15, bonding is performed by interposing a spacer for securing the thickness, and after bonding The step of removing the spacer is not necessary.

さらに、従来技術では、接着剤の厚みは隙間Ｃ分の厚みとなる。一般に、接着剤の厚みは均一であれば薄いほど接合強度が増すこと、安定することが知られている。本実施形態では、スペーサー５０を用いることによって、接着剤１６の厚みを薄くできることから、十分な接合強度を得られるという効果もある。 Furthermore, in the prior art, the thickness of the adhesive is the thickness corresponding to the gap C. In general, it is known that the thinner the adhesive, the higher the bonding strength and the more stable the adhesive. In this embodiment, since the thickness of the adhesive 16 can be reduced by using the spacer 50, there is an effect that a sufficient bonding strength can be obtained.

また、スペーサー５０による接合面積は、カンチレバー９（可動部１２）と質量部１５との接合強度が損なわれない範囲で小さくする。
カンチレバー９とスペーサー５０と質量部１５それぞれの線膨張係数を前述したような条件にしても、スペーサー５０の接合面積が大きい場合には、カンチレバー９の歪みは無視できない程度になることが考えられる。よって、接合面積は可動部１２及び質量部１５との接合強度が損なわれない範囲で小さくすることがより好ましい。 Further, the bonding area by the spacer 50 is made small as long as the bonding strength between the cantilever 9 (movable part 12) and the mass part 15 is not impaired.
Even when the linear expansion coefficients of the cantilever 9, the spacer 50, and the mass portion 15 are set as described above, if the joint area of the spacer 50 is large, the distortion of the cantilever 9 can be considered to be negligible. Therefore, it is more preferable to reduce the bonding area within a range where the bonding strength between the movable portion 12 and the mass portion 15 is not impaired.

また、スペーサー５０は、平面視にて質量部１５の重心と略重なる位置に配置されている。
前述したように、スペーサー５０の接合面積は小さいほどよい。しかし、主面１２ａ（または主面１２ｂ）に対して垂直方向の力に耐えられる接合強度があったとしても、接合部位置が質量部１５の重心位置とかけ離れていると、外部の力によって接合部に力のモーメントが働き、接合部が破壊されたり、可動部１２に捩れ力が加わることがある。そこで、スペーサー５０を、質量部１５の略重心位置に配置すれば、力のモーメントがかかることを低減できる。 Further, the spacer 50 is disposed at a position that substantially overlaps the center of gravity of the mass portion 15 in plan view.
As described above, the smaller the bonding area of the spacer 50, the better. However, even if there is a bonding strength that can withstand a force perpendicular to the main surface 12a (or the main surface 12b), if the bonding portion is far from the center of gravity of the mass portion 15, the bonding is caused by an external force. A moment of force acts on the part, the joint part may be destroyed, and a twisting force may be applied to the movable part 12. Therefore, if the spacer 50 is arranged at a substantially center of gravity position of the mass portion 15, it is possible to reduce the application of a moment of force.

また、本実施形態の物理量検出器１は、カンチレバー９の変位に応じて振動梁部１３ａ，１３ｂが伸縮し、この際に生じる引っ張り応力、圧縮応力による振動梁部１３ａ，１３ｂの振動周波数（共振周波数）の変化を加速度に変換するという構成である。このような物理量検出器１では、温度変化に伴い発生する歪の検出精度への影響は無視できない。従って、温度変化に伴い発生する歪を抑制することによって、物理量検出器１の検出精度を高めることができる。
（実施形態２） Further, in the physical quantity detector 1 of the present embodiment, the vibrating beam portions 13a and 13b expand and contract in accordance with the displacement of the cantilever 9, and the vibration frequency (resonance) of the vibrating beam portions 13a and 13b due to tensile stress and compressive stress generated at this time. Frequency) is converted into acceleration. In such a physical quantity detector 1, the influence on the detection accuracy of distortion generated with a temperature change cannot be ignored. Therefore, the detection accuracy of the physical quantity detector 1 can be increased by suppressing the distortion generated with the temperature change.
(Embodiment 2)

続いて、実施形態２に係る物理量検出器２について説明する。実施形態２は、カンチレバーの支持部が、自由端側で２分割されていること、カンチレバーの可動部に２分割された質量部が固定されていること、物理量検出素子がカンチレバーの自由端部まで延在されていること、を特徴としている。
図４は、実施形態２に係る物理量検出器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ切断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ切断面を示す断面図である。なお、配線は省略してあり、前述した実施形態１との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、実施形態１と異なる部分を中心に説明する。 Next, the physical quantity detector 2 according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, the support part of the cantilever is divided into two at the free end side, the mass part divided into two is fixed to the movable part of the cantilever, and the physical quantity detection element extends to the free end of the cantilever. It is characterized by being extended.
4A and 4B show a physical quantity detector according to the second embodiment, where FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 4A, and FIG. It is sectional drawing which shows -E cut surface. In addition, wiring is abbreviate | omitted, the same code | symbol is attached | subjected to the common part with Embodiment 1 mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted, and it demonstrates centering on a different part from Embodiment 1. FIG.

図４（ａ）に示すように、物理量検出器２は、カンチレバー１１９の支持部１１４が、可動部１１２の自由端側（−Ｙ側端部）において、可動部１１２の＋Ｘ側と−Ｘ側とに２分割されている。支持部１１４には、２分割された先端部に互いに向き合うように半島状の突出部１１４ａが形成されている。可動部１１２の自由端側は、この半島状の突出部１１４ａと交差しない形状を有している。 As shown in FIG. 4A, the physical quantity detector 2 is configured such that the support portion 114 of the cantilever 119 has the + X side and the −X side of the movable portion 112 on the free end side (−Y side end portion) of the movable portion 112. And divided into two. A peninsula-shaped projecting portion 114a is formed on the support portion 114 so as to face each other at the tip portion divided into two. The free end side of the movable portion 112 has a shape that does not intersect with the peninsula-shaped protruding portion 114a.

物理量検出素子１１３は、カンチレバー１１９の基部１１０と可動部１１２に、継ぎ手部１１を跨いで固定されており、質量部１１５が物理量検出素子１１３を挟んで＋Ｘ側と−Ｘ側とに配置されている。なお、質量部１１５は、可動部１１２の主面１１２ｂ側にも主面１１２ａ側と同様な位置に配置されている。 The physical quantity detection element 113 is fixed to the base part 110 and the movable part 112 of the cantilever 119 across the joint part 11, and the mass part 115 is disposed on the + X side and the −X side across the physical quantity detection element 113. Yes. Note that the mass portion 115 is disposed on the main surface 112b side of the movable portion 112 at the same position as the main surface 112a side.

質量部１１５の一部は、支持部１１４の突出部１１４ａと一部が重なっている（図４（ａ）の斜線部分：領域Ｂ）。しかし、質量部１１５と突出部１１４ａとが重なる領域Ｂでは、図４（ｃ）に示すように、質量部１１５と支持部１１４との間に隙間Ｃが設けられている。 A portion of the mass portion 115 partially overlaps the protruding portion 114a of the support portion 114 (shaded portion in FIG. 4A: region B). However, in the region B where the mass portion 115 and the protruding portion 114a overlap each other, a gap C is provided between the mass portion 115 and the support portion 114, as shown in FIG.

カンチレバー１１９（可動部１１２）と、質量部１１５それぞれとの接合はスペーサー５０によって前述した実施形態１（図２（ｃ）、参照）と同様に行われる。つまり、スペーサー５０と接着剤１６によって接合される。この際、スペーサー５０の位置は、質量部１５の略重心位置であり、物理量検出器２の重心Ｇを通る直線（Ｄ−Ｄ）に対してＸ方向の対称位置に配置されている。
なお、実施形態２においても、カンチレバー１１９の線膨張係数をＳ１、質量部１１５の線膨張係数をＳ２、スペーサー５０の線膨張係数をＳ３としたとき、Ｓ１≦Ｓ３＜Ｓ２、またはＳ１≧Ｓ３＞Ｓ２の条件を満足する材質を選択する。 The cantilever 119 (movable part 112) and the mass part 115 are joined together by the spacer 50 in the same manner as in the first embodiment (see FIG. 2C). That is, the spacer 50 and the adhesive 16 are joined. At this time, the position of the spacer 50 is a substantially center of gravity position of the mass portion 15 and is disposed at a symmetrical position in the X direction with respect to a straight line (DD) passing through the center of gravity G of the physical quantity detector 2.
Also in the second embodiment, when the linear expansion coefficient of the cantilever 119 is S1, the linear expansion coefficient of the mass part 115 is S2, and the linear expansion coefficient of the spacer 50 is S3, S1 ≦ S3 <S2 or S1 ≧ S3>. A material that satisfies the condition of S2 is selected.

従って、実施形態２に係る物理量検出器２によれば、カンチレバー１１９及び質量部１１５が実施形態１と異なる形態を有していても、上述の線膨張係数の条件を満たすスペーサー５０を用いてカンチレバー１１９と質量部１１５とを接合することによって、実施形態１と同様な効果が得られる。 Therefore, according to the physical quantity detector 2 according to the second embodiment, even if the cantilever 119 and the mass unit 115 have different forms from those of the first embodiment, the cantilever using the spacer 50 that satisfies the above-described linear expansion coefficient condition. By joining 119 and the mass part 115, the effect similar to Embodiment 1 is acquired.

また、実施形態２による物理量検出器２は、物理量検出素子１１３の接続基部１３ｅを第１実施形態と同じ位置に配置し、接続基部１３ｄを可動部１１２の自由端側の端部に移動させて配置している。このことから、物理量検出器２は、物理量検出部１１３ｃの振動梁部１１３ａ，１１３ｂを実施形態１よりも長くすることが可能となる。従って、加速度が加えられることによる可動部１１２の僅かな変位でも振動梁部１１３ａ，１１３ｂが伸縮しやすくなり、共振周波数の変化が発生する。この結果、物理量検出器の検出感度を高めることができる。
（物理量検出デバイス） In the physical quantity detector 2 according to the second embodiment, the connection base portion 13e of the physical quantity detection element 113 is disposed at the same position as that of the first embodiment, and the connection base portion 13d is moved to the end portion on the free end side of the movable portion 112. It is arranged. Accordingly, the physical quantity detector 2 can make the vibrating beam portions 113a and 113b of the physical quantity detection unit 113c longer than those in the first embodiment. Therefore, the vibration beam portions 113a and 113b are easily expanded and contracted even by a slight displacement of the movable portion 112 due to the acceleration, and a change in the resonance frequency occurs. As a result, the detection sensitivity of the physical quantity detector can be increased.
(Physical quantity detection device)

続いて、前述した実施形態１または実施形態２に記載の物理量検出器を備えた物理量検出デバイスについて説明する。
図５は、物理量検出デバイスの概略構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ切断面を示す断面図である。なお、（ａ）はリッド（蓋部材）を省略している。また、物理量検出器としては、実施形態１に記載の物理量検出器１を例示し、共通部分には同一符号を付し詳細な説明を省略する。 Subsequently, a physical quantity detection device including the physical quantity detector described in the first embodiment or the second embodiment will be described.
5A and 5B show a schematic configuration of the physical quantity detection device, where FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a cross-sectional view showing the FF section of FIG. Note that (a) omits the lid (lid member). Further, as the physical quantity detector, the physical quantity detector 1 described in the first embodiment is illustrated, common portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図５（ａ），（ｂ）に示すように、物理量検出デバイス３は、物理量検出器１と、物理量検出器１を収容するパッケージ２０と、を備えている。パッケージ２０は、平面形状が略四角形の凹部を有したパッケージベース２１と、パッケージベース２１の凹部を覆う平板状のリッド２２と、を有し、外形が略直方体形状を有している。
パッケージベース２１には、セラミックグリーンシートを積層し焼成した酸化アルミニウム焼結体、水晶、ガラス、シリコンなどが用いられている。
リッド２２には、パッケージベース２１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the physical quantity detection device 3 includes a physical quantity detector 1 and a package 20 that houses the physical quantity detector 1. The package 20 includes a package base 21 having a concave portion having a substantially quadrangular planar shape and a flat lid 22 that covers the concave portion of the package base 21, and the outer shape has a substantially rectangular parallelepiped shape.
For the package base 21, an aluminum oxide sintered body, crystal, glass, silicon, or the like obtained by laminating and firing ceramic green sheets is used.
The lid 22 is made of the same material as the package base 21 or a metal such as Kovar, 42 alloy, or stainless steel.

パッケージベース２１には、内底面（凹部の内側の底面）２３の外周部分から凹部の内壁に沿って突出した２箇所の段差部２３ａに、内部端子２４，２５が設けられている。
内部端子２４，２５は、物理量検出器１の支持部１４に設けられた外部接続端子１４ｅ，１４ｆと対向する位置（平面視において重なる位置）に設けられている。なお、図示は省略するが、外部接続端子１４ｅは、基部１０の接続端子１０ｂと接続され、外部接続端子１４ｆは、基部１０の接続端子１０ｃと接続されている。
なお、外部接続端子１４ｅ，１４ｆは、支持部１４の固定部１４ｂ，１４ｃと平面視において重なる位置に設けられことが好ましい。 The package base 21 is provided with internal terminals 24 and 25 at two step portions 23a protruding from the outer peripheral portion of the inner bottom surface (the bottom surface inside the recess) along the inner wall of the recess.
The internal terminals 24 and 25 are provided at positions facing the external connection terminals 14e and 14f provided on the support portion 14 of the physical quantity detector 1 (positions overlapping in plan view). Although not shown, the external connection terminal 14 e is connected to the connection terminal 10 b of the base 10, and the external connection terminal 14 f is connected to the connection terminal 10 c of the base 10.
In addition, it is preferable that the external connection terminals 14e and 14f are provided at positions that overlap with the fixing portions 14b and 14c of the support portion 14 in plan view.

パッケージベース２１の外底面（内底面２３の反対側の面、外側の底面）２６には、電子機器などの外部部材に実装される際に用いられる一対の外部端子２７，２８が形成されている。
外部端子２７，２８は、図示しない内部配線によって内部端子２４，２５と接続されている。例えば、外部端子２７は、内部端子２４と接続され、外部端子２８は、内部端子２５と接続されている。
内部端子２４，２５及び外部端子２７，２８は、Ｗなどのメタライズ層にＮｉ、Ａｕなどの各被膜をメッキなどの方法により積層した金属膜からなる。 A pair of external terminals 27 and 28 used for mounting on an external member such as an electronic device are formed on the outer bottom surface (the surface opposite to the inner bottom surface 23, the outer bottom surface) 26 of the package base 21. .
The external terminals 27 and 28 are connected to the internal terminals 24 and 25 by internal wiring (not shown). For example, the external terminal 27 is connected to the internal terminal 24, and the external terminal 28 is connected to the internal terminal 25.
The internal terminals 24 and 25 and the external terminals 27 and 28 are made of a metal film in which films such as Ni and Au are laminated on a metallized layer such as W by a method such as plating.

パッケージベース２１には、凹部の底部にパッケージ２０の内部を封止する封止部２９が設けられている。
封止部２９は、パッケージベース２１に形成された、外底面２６側の孔径が内底面２３側の孔径より大きい段付きの貫通孔２９ａに、Ａｕ／Ｇｅ合金、はんだなどからなる封止材２９ｂを投入し、加熱溶融後、固化させることでパッケージ２０の内部を気密に封止する構成となっている。 The package base 21 is provided with a sealing portion 29 that seals the inside of the package 20 at the bottom of the recess.
The sealing portion 29 is formed in a stepped through hole 29a formed in the package base 21 having a hole diameter on the outer bottom surface 26 side larger than the hole diameter on the inner bottom surface 23 side, and a sealing material 29b made of Au / Ge alloy, solder, or the like. The inside of the package 20 is hermetically sealed by charging and solidifying after heating and melting.

物理量検出デバイス３は、物理量検出器１の支持部１４の固定部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが、接着剤３０を介して、パッケージベース２１の段差部２３ａに固定されている。
ここで、固定部１４ｂ，１４ｃが外部接続端子１４ｅ，１４ｆと内部端子２４，２５とを接続する部分であることから、接着剤３０には、例えば、金属フィラーなどの導電性物質が混合されたシリコーン樹脂系の導電性接着剤が用いられている。なお、固定部１４ａ，１４ｄにおける固定には、金属フィラーなどの導電性物質を含まないシリコーン樹脂系の接着剤を用いてもよい。 In the physical quantity detection device 3, the fixing parts 14 a, 14 b, 14 c, 14 d of the support part 14 of the physical quantity detector 1 are fixed to the step part 23 a of the package base 21 through the adhesive 30.
Here, since the fixing portions 14b and 14c are portions connecting the external connection terminals 14e and 14f and the internal terminals 24 and 25, the adhesive 30 is mixed with a conductive material such as a metal filler, for example. Silicone resin-based conductive adhesives are used. In addition, you may use the silicone resin type adhesive agent which does not contain electroconductive substances, such as a metal filler, for fixation in fixing | fixed part 14a, 14d.

物理量検出デバイス３は、物理量検出器１がパッケージベース２１の内部端子２４，２５と接続された状態で、パッケージベース２１の凹部がリッド２２により覆われ、パッケージベース２１とリッド２２とがシームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材２２ａで接合される。 In the physical quantity detection device 3, the recess of the package base 21 is covered with the lid 22 in a state where the physical quantity detector 1 is connected to the internal terminals 24 and 25 of the package base 21, and the package base 21 and the lid 22 are seamed. It joins by joining members 22a, such as low melting glass and an adhesive agent.

物理量検出デバイス３は、リッド２２の接合後、パッケージ２０の内部が減圧された状態（真空度の高い状態）で、封止部２９の貫通孔２９ａに封止材２９ｂが投入され、加熱溶融後、固化されることにより、パッケージ２０の内部が気密に封止される。
なお、パッケージ２０の内部は、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填されていてもよい。
なお、パッケージ２０は、パッケージベース２１及びリッド２２の両方に凹部を有していてもよい。 In the physical quantity detection device 3, after the lid 22 is joined, the sealing material 29b is put into the through hole 29a of the sealing portion 29 in a state where the inside of the package 20 is decompressed (high vacuum state), and after the heat melting By solidifying, the inside of the package 20 is hermetically sealed.
Note that the inside of the package 20 may be filled with an inert gas such as nitrogen, helium, or argon.
The package 20 may have a recess in both the package base 21 and the lid 22.

物理量検出デバイス３は、外部端子２７，２８、内部端子２４，２５、外部接続端子１４ｅ，１４ｆ、接続端子１０ｂ，１０ｃなどを経由して物理量検出器１の励振電極に印加される駆動信号によって、物理量検出器１の振動梁部１３ａ，１３ｂが所定の周波数で発振（共振）する。
そして、物理量検出デバイス３は、加わる加速度に応じて変化する物理量検出器１の共振周波数を出力信号として出力する。 The physical quantity detection device 3 is driven by a drive signal applied to the excitation electrode of the physical quantity detector 1 via the external terminals 27 and 28, the internal terminals 24 and 25, the external connection terminals 14e and 14f, the connection terminals 10b and 10c, and the like. The vibrating beam portions 13a and 13b of the physical quantity detector 1 oscillate (resonate) at a predetermined frequency.
The physical quantity detection device 3 outputs the resonance frequency of the physical quantity detector 1 that changes according to the applied acceleration as an output signal.

上述したように構成される物理量検出デバイス３は、前述した実施形態１、実施形態２に記載の物理量検出器１または物理量検出器２を用いることによって、前述した実施形態１及び実施形態２に記載された効果を奏することができる。つまり、スペーサー５０の線膨張係数を、カンチレバー９及びカンチレバー１１９の線膨張係数と同じか、カンチレバー９及びカンチレバー１１９の線膨張係数と、質量部１５及び質量部１１５の線膨張係数との中間にすることによって、温度変化によって発生するカンチレバー９またはカンチレバー１１９の歪みを抑制することができる。よって、物理量検出素子１３及び物理量検出素子１１３の温度特性に与える影響を低減でき、正確な物理量検出を可能にする。 The physical quantity detection device 3 configured as described above is described in the first embodiment and the second embodiment described above by using the physical quantity detector 1 or the physical quantity detector 2 described in the first embodiment and the second embodiment. It is possible to achieve the effect. That is, the linear expansion coefficient of the spacer 50 is the same as the linear expansion coefficient of the cantilever 9 and the cantilever 119, or is intermediate between the linear expansion coefficient of the cantilever 9 and the cantilever 119 and the linear expansion coefficient of the mass part 15 and the mass part 115. Thus, distortion of the cantilever 9 or the cantilever 119 caused by temperature change can be suppressed. Therefore, the influence on the temperature characteristics of the physical quantity detection element 13 and the physical quantity detection element 113 can be reduced, and accurate physical quantity detection can be performed.

また、物理量検出器１（または物理量検出器２）をパッケージ２０内に収容することで、外部からの塵埃や水分を排除することができると共に、取り扱い性が向上するという効果がある。
（電子機器） In addition, by housing the physical quantity detector 1 (or physical quantity detector 2) in the package 20, it is possible to eliminate dust and moisture from the outside and to improve the handleability.
(Electronics)

次に、前述した実施形態１及び実施形態２で述べた物理量検出器１または物理量検出器２を備えた電子機器としての傾斜計について説明する。
図６は、傾斜計４を例示する模式斜視図である。傾斜計４は、実施形態１に記載の物理量検出器１を、傾斜センサーとして備えている。
傾斜計４は、例えば、山の斜面、道路の法面、盛土の擁壁面などの被計測場所に設置される。傾斜計４は、外部からケーブル４０を介して電源が供給され、または電源を内蔵し、図示しない駆動回路によって物理量検出器（傾斜センサー）１に駆動信号が送られている。
傾斜計４は、図示しない物理量検出回路によって、傾斜センサーに加わる重力加速度に応じて変化する共振周波数から、傾斜計４の姿勢の変化（傾斜計４に対する重力加速度が加わる方向の変化）を検出し、それを角度に換算して、例えば、無線などで基地局にデータ転送する。従って、傾斜計４は、被計測場所における異常の早期発見に貢献することができる。 Next, an inclinometer as an electronic apparatus including the physical quantity detector 1 or the physical quantity detector 2 described in the first and second embodiments will be described.
FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating the inclinometer 4. The inclinometer 4 includes the physical quantity detector 1 described in the first embodiment as an inclination sensor.
The inclinometer 4 is installed at a place to be measured such as a mountain slope, road slope, embankment retaining wall, and the like. The inclinometer 4 is supplied with power from the outside via a cable 40 or has a built-in power source, and a drive signal is sent to the physical quantity detector (tilt sensor) 1 by a drive circuit (not shown).
The inclinometer 4 detects a change in the attitude of the inclinometer 4 (change in the direction in which the gravitational acceleration is applied to the inclinometer 4) from a resonance frequency that changes in accordance with the gravitational acceleration applied to the inclination sensor by a physical quantity detection circuit (not shown). Then, it is converted into an angle, and data is transferred to the base station by radio, for example. Therefore, the inclinometer 4 can contribute to early detection of an abnormality at the measurement location.

上述した物理量検出器１，２は、上記傾斜計に限らず、振動計や地震計、ナビゲーション装置、姿勢制御装置、ゲームコントローラー、携帯電話などに用いる加速度センサー、鉱物資源調査等に用いる重力センサーなどに好適である。いずれの場合にも前述した実施形態１，２に記載の効果を奏する電子機器を提供することができる。
なお、電子機器に搭載する際の形態としては、物理量検出器１，２が単独の形態でも、物理量検出デバイス３の形態であってもよい。 The physical quantity detectors 1 and 2 described above are not limited to the inclinometers, but are vibration sensors, seismometers, navigation devices, attitude control devices, game controllers, acceleration sensors used for mobile phones, gravity sensors used for mineral resource surveys, etc. It is suitable for. In any case, it is possible to provide an electronic device that exhibits the effects described in the first and second embodiments.
In addition, as a form at the time of mounting in an electronic device, the form of the physical quantity detection device 3 may be sufficient even if the physical quantity detectors 1 and 2 are independent forms.

なお、上記各実施形態において、カンチレバー９またはカンチレバー１１９の材料は、水晶に限定するものではなく、ガラス、またはシリコンなどの半導体材料であってもよい。
また、物理量検出素子１３，１１３の基材は、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を被膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。 In each of the above embodiments, the material of the cantilever 9 or the cantilever 119 is not limited to quartz, but may be a semiconductor material such as glass or silicon.
The base material of the physical quantity detection elements 13 and 113 is not limited to quartz, but lithium tantalate (LiTaO ₃ ), lithium tetraborate (Li ₂ B ₄ O ₇ ), lithium niobate (LiNbO ₃ ), Semiconductor such as silicon provided with a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN), or a piezoelectric material such as zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN) as a coating It may be a material.

１…物理量検出器、９…カンチレバー、１０…基部、１１…継ぎ手部、１２…可動部、１２ａ…可動部の主面、１３…物理量検出素子、１４…支持部、１５…質量部、５０…スペーサー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Physical quantity detector, 9 ... Cantilever, 10 ... Base part, 11 ... Joint part, 12 ... Movable part, 12a ... Main surface of movable part, 13 ... Physical quantity detection element, 14 ... Support part, 15 ... Mass part, 50 ... spacer.

Claims

A cantilever having a base and a movable part that extends to the base via a joint part and is displaced according to a change in physical quantity;
A physical quantity detection element that spans the base and the movable part and detects a physical quantity according to the displacement of the movable part;
A mass part disposed on the main surface of the movable part;
A spacer interposed between the movable part and the mass part, and joining the movable part and the mass part,
When the linear expansion coefficient of the cantilever is S1, the linear expansion coefficient of the mass part is S2, and the linear expansion coefficient of the spacer is S3,
S1 ≦ S3 <S2 or S1 ≧ S3> S2
A physical quantity detector.

The bonding area of the spacer, the movable part and the mass part is smaller than the area of the main surface of the movable part and the area of the mass part facing the movable part,
The physical quantity detector according to claim 1.

The spacer is disposed at a position substantially overlapping the center of gravity in a plan view of the mass portion;
The physical quantity detector according to claim 1, wherein:

The physical quantity detection element has a vibrating beam portion extending in a direction connecting the base and the movable portion, and connection base portions provided at both ends of the vibrating beam portion,
One of the connection bases is fixed to the base, and the other of the connection bases is fixed to the movable part;
The physical quantity detector according to claim 1, wherein:

A physical quantity detector according to any one of claims 1 to 4,
A package containing the physical quantity detector;
A physical quantity detection device comprising:

A physical quantity detector according to any one of claims 1 to 4,
At least a physical quantity detection circuit;
An electronic device comprising: