JP2017102004A - Acceleration sensor - Google Patents

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諭 高田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor capable of reducing the possibility of occurrence of resonance due to an impact from the outside while reducing an influence of a thermal stress.SOLUTION: An acceleration sensor comprises a sensor chip 10, a base material 20, a package 30, first adhesive 40, second adhesive 50 and a spacer 60. The sensor chip 10 is configured to convert acceleration into an electric signal, and mounted on the base material 20. The package 30 is configured to hold the base material 20. The first adhesive 40 is arranged between the sensor chip 10 and the base material 20, and configured to adhere the sensor chip 10 to the base material 20. The second adhesive 50 is arranged between the base material 20 and the package 30, and configured to adhere the base material 20 to the package 30. The spacer 60 is arranged between the base material 20 and the package 30, and configured to keep a gap between the base material 20 and the package 30 constant. The elastic modulus of each of the first adhesive 40 and the second adhesive 50 is lower than that of the base material 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、加速度センサに関し、特に、共振及び熱応力による影響を低減する加速度センサに関する。   The present invention relates to an acceleration sensor, and more particularly to an acceleration sensor that reduces the influence of resonance and thermal stress.

従来、特許文献1の加速度センサは、センサチップ、台座、基板及び接着剤を備えている。センサチップは、衝撃の加速度を電気信号に変換して加速度の大きさを検出する素子である。台座は、センサチップを支持している。基板は、センサチップを支持する台座を支持している。そして、接着剤は、センサチップと台座とを接着及び台座と基板とを接着している。   Conventionally, the acceleration sensor of Patent Document 1 includes a sensor chip, a pedestal, a substrate, and an adhesive. The sensor chip is an element that detects the magnitude of acceleration by converting impact acceleration into an electrical signal. The pedestal supports the sensor chip. The substrate supports a pedestal that supports the sensor chip. The adhesive bonds the sensor chip and the base and bonds the base and the substrate.

特開平10−54843号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-54843

従来の加速度センサでは、センサチップと台座との熱膨張係数の差による熱応力が発生した際、センサチップと台座とを接着剤によって接着させているので、発生した熱応力がセンサチップに伝達してしまう。すると、熱応力によってセンサチップにひびが生じ、加速度センサの故障の原因になるおそれがある。   In the conventional acceleration sensor, when thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the sensor chip and the pedestal occurs, the sensor chip and the pedestal are bonded together with an adhesive, so that the generated thermal stress is transmitted to the sensor chip. End up. Then, the sensor chip is cracked by the thermal stress, which may cause a failure of the acceleration sensor.

また、印加された衝撃の周波数と加速度センサの共振周波数が一致することによって共振が発生することが懸念される。この共振によって、加速度センサの検出精度に誤差が生じたり、加速度センサが変形し故障の原因になったりするおそれがある。   Moreover, there is a concern that resonance occurs when the frequency of the applied impact matches the resonance frequency of the acceleration sensor. Due to this resonance, an error may occur in the detection accuracy of the acceleration sensor, or the acceleration sensor may be deformed and cause a failure.

上述の課題をかんがみて、本発明は、熱応力の影響を低減しつつ、外部からの衝撃によって共振が起こる可能性を低減できる加速度センサを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an acceleration sensor that can reduce the possibility of resonance due to an external impact while reducing the influence of thermal stress.

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採用する。   The present invention employs the following means in order to achieve the above-described object.

請求項1に記載の発明は、物体の加速度を計測する加速度センサにおいて、加速度を電気信号に変換する素子であるセンサチップと、センサチップが実装されているベース材と、ベース材を保持するパッケージと、センサチップとベース材との間に配置され、センサチップとベース材とを接着する第1接着剤と、ベース材とパッケージとの間に配置され、ベース材とパッケージとを接着する第2接着剤と、ベース材とパッケージとの間に配置され、ベース材とパッケージとの間隔を一定にしているスペーサと、を備え、第1接着剤及び第2接着剤の弾性率は、ベース材の弾性率よりも低い加速度センサである。   The invention according to claim 1 is an acceleration sensor that measures the acceleration of an object, a sensor chip that is an element that converts acceleration into an electrical signal, a base material on which the sensor chip is mounted, and a package that holds the base material And a first adhesive that is disposed between the sensor chip and the base material and bonds the sensor chip and the base material, and a second adhesive that is disposed between the base material and the package and bonds the base material and the package. An adhesive, and a spacer that is disposed between the base material and the package and that keeps a distance between the base material and the package constant, and the elastic modulus of the first adhesive and the second adhesive is The acceleration sensor is lower than the elastic modulus.

この発明によれば、第1接着剤及び第2接着剤の弾性率は、ベース材の弾性率よりも低いので、ベース材やパッケージが熱膨張することによって発生した応力を第1接着剤及び第2接着剤で吸収することができる。   According to this invention, since the elastic modulus of the first adhesive and the second adhesive is lower than the elastic modulus of the base material, the stress generated by the thermal expansion of the base material or the package can be reduced. Can be absorbed with 2 adhesives.

ここで、外部からの振動によって加速度センサが共振してしまうことを防ぐため、加速度センサの共振周波数は高いほうがよいが、両接着剤の厚みが厚すぎると加速度センサの共振周波数が低下してしまう。よって、両接着剤の厚みは薄い方が好ましいが、逆に薄すぎると接着力を担保できない。つまり、第1接着剤と第2接着剤の厚みは接着力を確保できる程度になるべく薄くすることが望ましい。そこで、ベース材とパッケージとの間にスペーサを配置した。スペーサによりベース材とパッケージとの間隔を一定の値に調節して、加速度センサの共振周波数と外部からの衝撃の周波数とが一致しないように第2接着剤の厚みを精度よく制御することができる。   Here, in order to prevent the acceleration sensor from resonating due to external vibration, it is better that the resonance frequency of the acceleration sensor is high. However, if both adhesives are too thick, the resonance frequency of the acceleration sensor is lowered. . Therefore, although it is preferable that the thickness of both adhesives is thin, conversely, if it is too thin, adhesive strength cannot be secured. That is, it is desirable that the thicknesses of the first adhesive and the second adhesive be as thin as possible to ensure the adhesive force. Therefore, a spacer is disposed between the base material and the package. By adjusting the distance between the base material and the package to a constant value by the spacer, the thickness of the second adhesive can be accurately controlled so that the resonance frequency of the acceleration sensor does not match the frequency of the impact from the outside. .

よって、ベース材よりも弾性率の低い第1接着剤及び第2接着剤を用いることで加速度センサの共振周波数が低下してしまうときにも、上述のスペーサによって接着力を担保しつつ、共振周波数を高く維持することができる。したがって、熱応力の影響を低減しつつ、外部からの衝撃によって共振が起こる可能性を低減することができる。   Therefore, even when the resonance frequency of the acceleration sensor is lowered by using the first adhesive and the second adhesive whose elastic modulus is lower than that of the base material, the resonance frequency is secured while the adhesive force is secured by the spacer. Can be kept high. Therefore, it is possible to reduce the possibility of resonance due to an external impact while reducing the influence of thermal stress.

第1実施形態の加速度センサ1の断面図である。It is sectional drawing of the acceleration sensor 1 of 1st Embodiment. 第1実施形態の加速度センサ1を図1のII方向からみたときの図である。It is a figure when the acceleration sensor 1 of 1st Embodiment is seen from the II direction of FIG. 第1実施形態の加速度センサ1の第2接着剤50の厚みと加速度センサ1の共振周波数との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the thickness of the 2nd adhesive agent 50 of the acceleration sensor 1 of 1st Embodiment, and the resonant frequency of the acceleration sensor 1. FIG. 第2実施形態の加速度センサ2の断面図である。It is sectional drawing of the acceleration sensor 2 of 2nd Embodiment. 第2実施形態の加速度センサ2を図4のV方向からみたときの図である。It is a figure when the acceleration sensor 2 of 2nd Embodiment is seen from the V direction of FIG.

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、説明の理解を容易にするため各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same components in the drawings are denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

(第1実施形態)
図1を参照して第1実施形態の加速度センサ1の構成について説明する。
(First embodiment)
The configuration of the acceleration sensor 1 of the first embodiment will be described with reference to FIG.

加速度センサ1は、主として車両に搭載される安全装置の衝撃検出に用いられる。その機能として振動、衝撃及び傾き等の多様な動きの情報を検出することができる。そして、第1実施形態の加速度センサ1は、図1に示すように、センサチップ10、ベース材20、パッケージ30、第1接着剤40、第2接着剤50及びスペーサ60を備えている。   The acceleration sensor 1 is mainly used for impact detection of a safety device mounted on a vehicle. As its function, it is possible to detect various movement information such as vibration, impact and tilt. And the acceleration sensor 1 of 1st Embodiment is provided with the sensor chip 10, the base material 20, the package 30, the 1st adhesive agent 40, the 2nd adhesive agent 50, and the spacer 60, as shown in FIG.

センサチップ10は、外部から与えられた衝撃等の動きの情報を電気信号に変換し、物体の加速度を計測する素子である。主にSi(Silicon)結晶を基板材料としている半導体センサであり、各種のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて微細加工されることで製造される。   The sensor chip 10 is an element that converts movement information such as an impact applied from the outside into an electric signal and measures the acceleration of the object. It is a semiconductor sensor mainly using Si (Silicon) crystal as a substrate material, and is manufactured by microfabrication using various MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technologies.

また、第1実施形態のセンサチップ10の加速度検出方法として、静電容量の変化を加速度として検出する静電容量型センサを用いている。静電容量型センサの構造は、加速度が加わることにより移動する可動電極と、加速度には反応しない固定電極の2対の電極を対向させている。これら2対の対向する電極の静電容量が外部からの加速度によって変化し、この静電容量の変化を電気信号として検出している。このとき、外部からの衝撃による周波数とセンサチップ10自体の共振周波数とは一致しないように、可動電極及び固定電極を構成する際にダンパ設計されている。   Further, as an acceleration detection method of the sensor chip 10 of the first embodiment, a capacitance type sensor that detects a change in capacitance as acceleration is used. In the structure of the capacitive sensor, two pairs of electrodes, that is, a movable electrode that moves when acceleration is applied and a fixed electrode that does not react to acceleration are opposed to each other. The capacitance of these two pairs of opposing electrodes changes due to acceleration from the outside, and the change in capacitance is detected as an electrical signal. At this time, the damper is designed when the movable electrode and the fixed electrode are configured so that the frequency due to the impact from the outside does not match the resonance frequency of the sensor chip 10 itself.

ベース材20は、センサチップ10が実装される回路基板である。よって、ベース材20は配線を有しており、センサチップ10と電気的な接続を行っている。その配線の構造は、プリント基板と呼ばれ絶縁体の層である絶縁層と配線が形成されている配線層とを交互に積層されている。絶縁層は、第1実施形態では、主にセラミック材が用いられている。セラミック材は、弾性率がギガパスカルオーダーの値であり、一般的な他の絶縁材料と比較して、硬い材料といえる。また配線層は絶縁層に各種の微細加工技術によって形成され、配線材料としてアルミニウムや銅といった材料が用いられる。   The base material 20 is a circuit board on which the sensor chip 10 is mounted. Therefore, the base material 20 has wiring and is electrically connected to the sensor chip 10. The wiring structure is called a printed circuit board, in which insulating layers that are insulator layers and wiring layers in which wiring is formed are alternately stacked. In the first embodiment, a ceramic material is mainly used for the insulating layer. The ceramic material has a modulus of gigapascal order and can be said to be a hard material as compared with other general insulating materials. The wiring layer is formed on the insulating layer by various fine processing techniques, and materials such as aluminum and copper are used as the wiring material.

パッケージ30は、センサチップ10が実装されたベース材20を保持しており、上述のセンサチップ10が外部環境にさらされることを防いでいる。しかし、パッケージ30内にはセンサチップ10、ベース材20を収容する収容空間30bが形成されており、収容空間30b内ではセンサチップ10が露出している。収容空間30b内は外部環境から隔離された空間であるから、センサチップ10は外部環境に直接さらされてはいない。また、パッケージ30の材質は樹脂であり、各種の樹脂成型技術によって形作られる。   The package 30 holds the base material 20 on which the sensor chip 10 is mounted, and prevents the sensor chip 10 described above from being exposed to the external environment. However, a housing space 30b for housing the sensor chip 10 and the base material 20 is formed in the package 30, and the sensor chip 10 is exposed in the housing space 30b. Since the accommodation space 30b is a space isolated from the external environment, the sensor chip 10 is not directly exposed to the external environment. The material of the package 30 is resin, and it is formed by various resin molding techniques.

第1接着剤40は、センサチップ10とベース材20との間に配置されており、両者を接着している。第1接着剤40の材質としてはシリコーンが最適である。   The 1st adhesive agent 40 is arrange | positioned between the sensor chip 10 and the base material 20, and has adhere | attached both. Silicone is the most suitable material for the first adhesive 40.

シリコーンは、シロキサン結合の主骨格をもつ人工的な高分子化合物の総称であり、一般的な用途としてゴムの材料として用いられることが多い。よって、第1接着剤40の弾性率は、上記のセラミック材を用いたベース材20の弾性率よりも小さい値となっている。望ましくは第1接着剤40の弾性率はメガパスカルオーダーの値であればよい。そのため、ベース材20の熱膨張によって生じた応力は、第1接着剤40によって応力が吸収されて、センサチップ10にはたらく応力を低減することができる。なお、第1接着剤40の厚みについては、センサチップ10にはたらく応力を低減でき、かつ、センサチップ10とベース材20との接着力を担保できる厚みとなっている。具体的には、後述の第2接着剤50の厚みよりは薄くなっており、センサチップ10の厚みやベース材20の厚みよりも薄いことが望ましい。   Silicone is a general term for artificial polymer compounds having a main skeleton of a siloxane bond, and is often used as a rubber material for general purposes. Therefore, the elastic modulus of the first adhesive 40 is smaller than the elastic modulus of the base material 20 using the above ceramic material. Desirably, the elastic modulus of the first adhesive 40 may be a value on the order of megapascals. Therefore, the stress generated by the thermal expansion of the base material 20 is absorbed by the first adhesive 40 and the stress acting on the sensor chip 10 can be reduced. In addition, about the thickness of the 1st adhesive agent 40, it is the thickness which can reduce the stress which acts on the sensor chip 10, and can ensure the adhesive force of the sensor chip 10 and the base material 20. FIG. Specifically, it is thinner than the thickness of the second adhesive 50 described later, and is desirably thinner than the thickness of the sensor chip 10 and the thickness of the base material 20.

第2接着剤50は、ベース材20とパッケージ30との間に配置されており、両者を接着している。第2接着剤50の材質としては上述のシリコーンが最適である。よって、第2接着剤50の弾性率は、上記のセラミック材を用いたベース材20の弾性率より小さい値となっている。望ましくは第2接着剤50の弾性率は、メガパスカルオーダーの値であればよい。なお、より好ましくは第1接着剤40の弾性率よりも第2接着剤50の弾性率の方が大きいほうがよい。また、第2接着剤50は、パッケージ30のベース材20を保持する面である保持面30aで、ベース材20と対向している面に塗布されている。   The 2nd adhesive agent 50 is arrange | positioned between the base material 20 and the package 30, and has adhere | attached both. As the material of the second adhesive 50, the above-mentioned silicone is optimal. Therefore, the elastic modulus of the second adhesive 50 is smaller than the elastic modulus of the base material 20 using the ceramic material. Desirably, the elastic modulus of the second adhesive 50 may be a value on the order of megapascals. More preferably, the elastic modulus of the second adhesive 50 is larger than the elastic modulus of the first adhesive 40. Further, the second adhesive 50 is applied to a surface facing the base material 20 on a holding surface 30 a that is a surface for holding the base material 20 of the package 30.

ここで、第2接着剤50の厚みと加速度センサ1の共振周波数との関係について説明する。第2接着剤50の厚みと加速度センサ1の共振周波数とは、図3に示すような関係を持っている。つまり、第2接着剤50の厚みが厚くなるほど、加速度センサ1の共振周波数は小さくなっていく。そこで、加速度センサ1の共振周波数と外部からの衝撃の周波数とを一致させないように、図3の点線L1以上の共振周波数を確保する必要がある。さらに、加速度センサ1の共振周波数を大きくするためには、第2接着剤50の厚みを薄くすればよいが、第2接着剤50の厚みが薄くなればなるほど、ベース材20とパッケージ30との接着力が低下する。よって、第2接着剤50の厚みには下限の値があることになる。上記の接着力が担保できる下限の値を示したものが図3の点線L2であり、この点線L2よりも第2接着剤50の厚みを厚くすれば、上記の接着力を担保することができる。したがって、加速度センサ1の共振周波数と外部の衝撃の周波数とが一致することを防ぎつつ、上記の接着力を確保するには、図3の点線L2と点線L3とで囲まれる範囲で第2接着剤50の厚みを制御する必要がある。   Here, the relationship between the thickness of the second adhesive 50 and the resonance frequency of the acceleration sensor 1 will be described. The thickness of the second adhesive 50 and the resonance frequency of the acceleration sensor 1 have a relationship as shown in FIG. That is, as the thickness of the second adhesive 50 increases, the resonance frequency of the acceleration sensor 1 decreases. Therefore, it is necessary to secure a resonance frequency equal to or higher than the dotted line L1 in FIG. 3 so that the resonance frequency of the acceleration sensor 1 does not coincide with the frequency of the impact from the outside. Further, in order to increase the resonance frequency of the acceleration sensor 1, the thickness of the second adhesive 50 may be reduced. However, as the thickness of the second adhesive 50 is reduced, the base material 20 and the package 30 may be reduced. Adhesive strength decreases. Therefore, the thickness of the second adhesive 50 has a lower limit value. The dotted line L2 in FIG. 3 shows the lower limit value that can secure the above-mentioned adhesive force. If the thickness of the second adhesive 50 is made thicker than this dotted line L2, the above-mentioned adhesive force can be ensured. . Therefore, in order to prevent the resonance frequency of the acceleration sensor 1 and the frequency of the external shock from matching, and to ensure the above-described adhesive force, the second adhesion is performed within the range surrounded by the dotted line L2 and the dotted line L3 in FIG. It is necessary to control the thickness of the agent 50.

なお、第1接着剤40の厚みも加速度センサ1の共振周波数に関係するが、第1接着剤40の厚みは、第2接着剤50に比べてセンサチップ10への応力の伝達を防止する程度に薄くなっており、第2接着剤50ほどは共振周波数への影響は小さい。つまり、第1接着剤40の厚みは応力の伝達を防ぐような厚みになっており、第2接着剤50の厚みをスペーサ60で調整することで、加速度センサ1の共振周波数を外部の衝撃の周波数以上にしている。   Note that the thickness of the first adhesive 40 is also related to the resonance frequency of the acceleration sensor 1, but the thickness of the first adhesive 40 prevents the stress from being transmitted to the sensor chip 10 compared to the second adhesive 50. The second adhesive 50 has a smaller influence on the resonance frequency. That is, the thickness of the first adhesive 40 is such that the stress is prevented from being transmitted, and the thickness of the second adhesive 50 is adjusted by the spacer 60 so that the resonance frequency of the acceleration sensor 1 is reduced by an external impact. Over frequency.

スペーサ60は、ベース材20とパッケージ30との間に配置されており、主に樹脂材料でできている。ここで、図2に示すように、センサチップ10が実装される実装面20aと平行な方向でベース材20の重心を通る鎖線CL1と、センサチップ10が実装される実装面20aと平行な方向でベース材20の重心を通り、鎖線CL1と垂直な鎖線CL2とを定義する。この鎖線CL1及び鎖線CL2に対して線対称にスペーサ60が4つ配置されており、鎖線CL1と鎖線CL2との交点にもスペーサ60が1つ配置されている。   The spacer 60 is disposed between the base material 20 and the package 30 and is mainly made of a resin material. Here, as shown in FIG. 2, a chain line CL1 passing through the center of gravity of the base material 20 in a direction parallel to the mounting surface 20a on which the sensor chip 10 is mounted, and a direction parallel to the mounting surface 20a on which the sensor chip 10 is mounted. Then, a chain line CL2 passing through the center of gravity of the base material 20 and perpendicular to the chain line CL1 is defined. Four spacers 60 are arranged symmetrically with respect to the chain line CL1 and the chain line CL2, and one spacer 60 is also arranged at the intersection of the chain line CL1 and the chain line CL2.

また、スペーサ60の機能としては、スペーサ60の一方はベース材20に当接し、他方はパッケージ30に当接しているので、ベース材20とパッケージ30との間には、スペーサ60の高さの分の間隔が生まれる。そして、ベース材20とパッケージ30との間には、上述の第2接着剤50が配置されており、スペーサ60の高さ分の間隔が空くことによって、第2接着剤50の厚みが一義に決まっている。さらに、スペーサ60がつくる間隔は、ベース材20とパッケージ30との対向している空間のどこにおいても一定となっている。つまり、スペーサ60をベース材20とパッケージ30との間に配置することで、第2接着剤50の厚みを一義かつ一定にすることができるので、第2接着剤50の厚みを制御することができる。   Further, as the function of the spacer 60, one of the spacers 60 is in contact with the base material 20, and the other is in contact with the package 30, so that the height of the spacer 60 is between the base material 20 and the package 30. An interval of minutes is born. And the above-mentioned 2nd adhesive agent 50 is arrange | positioned between the base material 20 and the package 30, and when the space | interval for the height of the spacer 60 leaves | separates, the thickness of the 2nd adhesive agent 50 is unambiguous. It has been decided. Further, the interval formed by the spacer 60 is constant everywhere in the space where the base member 20 and the package 30 are opposed to each other. That is, by arranging the spacer 60 between the base material 20 and the package 30, the thickness of the second adhesive 50 can be made unambiguous and constant, so that the thickness of the second adhesive 50 can be controlled. it can.

なお、スペーサ60は、第1実施形態において、ベース材20及びパッケージ30とは別部材としたが、ベース材20に上述のスペーサ60としての機能を持たせた突起を形成してもよいし、パッケージ30に上述のスペーサ60としての突起を形成してもよい。つまり、スペーサ60は、ベース材20と一体となっており、パッケージ30の保持面30aと当接してもよい。さらに、スペーサ60は、パッケージ30と一体となっており、ベース材20の実装面20aの反対面と当接していてもよい。また、スペーサ60の形状は第1実施形態のような直方体形状に限られず、円筒型や球形でもよい。そして、スペーサ60の縦、横及び高さといった寸法を適宜設計することもできる。   Although the spacer 60 is a separate member from the base material 20 and the package 30 in the first embodiment, the base material 20 may be provided with a protrusion having the function as the spacer 60 described above. A protrusion as the above-described spacer 60 may be formed on the package 30. That is, the spacer 60 is integrated with the base material 20 and may contact the holding surface 30 a of the package 30. Furthermore, the spacer 60 may be integrated with the package 30 and may be in contact with the opposite surface of the mounting surface 20 a of the base material 20. The shape of the spacer 60 is not limited to the rectangular parallelepiped shape as in the first embodiment, and may be a cylindrical shape or a spherical shape. The dimensions of the spacer 60 such as length, width, and height can be designed as appropriate.

また、第1実施形態では5つのスペーサ60を備えているが、スペーサ60の数は5つに限らず少なくとも1つ以上あればよい。さらに、第1実施形態のスペーサ60の配置に比べて、ベース材20の重心を中心とする同心円状で、ベース材20とパッケージ30との間に備えるほうがより望ましい。なぜならベース材20の重心を中心とする同心円状に3つのスペーサ60が配置されるので、確実にスペーサ60がベース材20及びパッケージ30に当接し、第2接着剤50の厚みを規定できるからである。さらに、重心を囲むようにスペーサ60が配置されているので安定してベース材20を保持することもできる。要するに、本発明においてスペーサ60の配置や数についてはなんら第1実施形態に限定されず、上述のスペーサ60の機能を満たせばよい。   In the first embodiment, the five spacers 60 are provided. However, the number of the spacers 60 is not limited to five and may be at least one. Furthermore, it is more preferable that the spacer 60 is provided between the base material 20 and the package 30 in a concentric shape centering on the center of gravity of the base material 20 as compared with the arrangement of the spacer 60 of the first embodiment. This is because the three spacers 60 are arranged concentrically with the center of gravity of the base material 20 as the center, so that the spacer 60 can reliably abut against the base material 20 and the package 30 and the thickness of the second adhesive 50 can be defined. is there. Furthermore, since the spacer 60 is disposed so as to surround the center of gravity, the base material 20 can be stably held. In short, in the present invention, the arrangement and number of the spacers 60 are not limited to those in the first embodiment, and the functions of the spacers 60 described above may be satisfied.

(第1実施形態の作用効果)
以下、第1実施形態の加速度センサ1の作用効果について説明する。
(Operational effects of the first embodiment)
Hereinafter, the effect of the acceleration sensor 1 of 1st Embodiment is demonstrated.

本実施形態によれば、第1接着剤40及び第2接着剤50はベース材20よりも弾性率が低いので、ベース材20やパッケージ30が熱膨張することによって発生した応力を第1接着剤40及び第2接着剤50で吸収することができる。ここで、第2接着剤50の厚みが厚すぎると加速度センサ1の共振周波数が低下しまい、逆に薄すぎると接着力を担保できないというトレードオフの関係となっている。よって、第2接着剤50の厚みは薄い方が好ましいが、第2接着剤50の厚みは接着力を確保できる程度になるべく薄くすることが望ましい。そこで、ベース材20とパッケージ30との間隔をスペーサ60によって一定の値に調節する。すると、加速度センサ1の共振周波数と外部からの衝撃の周波数とが一致しないように、図3の点線L2から点線L3までの間の設計領域内で第2接着剤50の厚みを一義的に決めることができる。よって、第2接着剤50の厚みを上記の設計領域内に精度よく制御することができるので、加速度センサ1を熱応力の影響を低減しつつ、外部からの衝撃によって共振が起こる可能性を低減することができる。   According to the present embodiment, since the first adhesive 40 and the second adhesive 50 have a lower elastic modulus than the base material 20, the stress generated by the thermal expansion of the base material 20 and the package 30 is the first adhesive. 40 and the second adhesive 50 can absorb. Here, if the thickness of the second adhesive 50 is too thick, the resonance frequency of the acceleration sensor 1 is lowered, and conversely, if it is too thin, the adhesive force cannot be secured. Therefore, it is preferable that the thickness of the second adhesive 50 is thin, but it is desirable that the thickness of the second adhesive 50 be as thin as possible to ensure an adhesive force. Therefore, the distance between the base material 20 and the package 30 is adjusted to a constant value by the spacer 60. Then, the thickness of the second adhesive 50 is uniquely determined within the design region between the dotted line L2 and the dotted line L3 in FIG. 3 so that the resonance frequency of the acceleration sensor 1 and the frequency of the impact from the outside do not match. be able to. Therefore, since the thickness of the second adhesive 50 can be accurately controlled within the above design area, the acceleration sensor 1 is less affected by thermal stress and the possibility of resonance due to external impact is reduced. can do.

さらに、本実施形態によれば、センサチップ10は、パッケージ30がつくる収容空間30b内で露出しているので、ベース材20で発生した熱応力は第1接着剤40に吸収されるため、センサチップ10へ伝達する熱応力を低減することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, since the sensor chip 10 is exposed in the accommodation space 30b formed by the package 30, the thermal stress generated in the base material 20 is absorbed by the first adhesive 40, so that the sensor The thermal stress transmitted to the chip 10 can be reduced.

詳述すると、従来の一般的な加速度センサ1では、センサチップ10を外気から保護するため、センサチップ10はモールド樹脂に覆われている。このような従来の加速度センサ1において、センサチップ10、ベース材20及びパッケージ30それぞれの熱膨張係数の差によって熱応力が発生した場合、その応力はモールド樹脂を伝達してセンサチップ10全体に加わる。よって、熱応力によってセンサチップ10が破損してしまうことが懸念されていた。そこで、本実施形態では、センサチップ10はモールド樹脂に覆われておらず、上記の収容空間30b内で露出している。これによれば、収容空間30b内は外部環境から隔離された空間であるから、センサチップ10を外部環境から保護することができる。さらに、モールド樹脂に覆われておらず、発生した熱応力がセンサチップ10へ伝達するためには、第1接着剤40及び第2接着剤50を経由して伝達することとなり、これらの接着剤によって熱応力が吸収される。したがって、センサチップ10を外部環境から保護しつつ、上述の熱応力によるセンサチップ10の破損の可能性を低減することができる。   More specifically, in the conventional general acceleration sensor 1, the sensor chip 10 is covered with a mold resin in order to protect the sensor chip 10 from the outside air. In such a conventional acceleration sensor 1, when thermal stress is generated due to differences in thermal expansion coefficients among the sensor chip 10, the base material 20, and the package 30, the stress is transmitted to the mold resin and applied to the entire sensor chip 10. . Therefore, there is a concern that the sensor chip 10 may be damaged by thermal stress. Therefore, in this embodiment, the sensor chip 10 is not covered with the mold resin and is exposed in the accommodation space 30b. According to this, since the inside of the accommodation space 30b is a space isolated from the external environment, the sensor chip 10 can be protected from the external environment. Further, in order to transmit the generated thermal stress to the sensor chip 10 without being covered with the mold resin, it is transmitted via the first adhesive 40 and the second adhesive 50, and these adhesives. Absorbs thermal stress. Therefore, the possibility of breakage of the sensor chip 10 due to the above-described thermal stress can be reduced while protecting the sensor chip 10 from the external environment.

なお、第1実施形態では、ベース材20としてはセラミック材、第1接着剤40及び第2接着剤50としてシリコーンを用いているが、本発明の作用効果を奏するためにはこれらに限定されることはない。つまり、種々の材料を適宜選択して、第1接着剤40及び第2接着剤50の弾性率がベース材20の弾性率よりも弾性率が低くなるようにすればよい。   In the first embodiment, a ceramic material is used as the base material 20 and silicone is used as the first adhesive 40 and the second adhesive 50. However, the present invention is not limited to these in order to achieve the effects of the present invention. There is nothing. That is, various materials may be appropriately selected so that the elastic modulus of the first adhesive 40 and the second adhesive 50 is lower than the elastic modulus of the base material 20.

(第2実施形態)
図4を参照して第2実施形態の加速度センサ2の構成について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成についての説明は省略する。
(Second Embodiment)
The configuration of the acceleration sensor 2 of the second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, description about the same structure as 1st Embodiment is abbreviate | omitted.

第1実施形態と異なり、第2実施形態のパッケージ30は、窪み面31及び接着剤配置面32を有している。窪み面31は、ベース材20を保持する面である保持面30a対して垂直な方向に窪んだ面である。接着剤配置面32は上記の保持面30aで第2接着剤50が配置されている面である。そして、スペーサ60は、ベース材20の重心を中心とした同心円の円周上に少なくとも3つ以上、接着剤配置面32に配置されている。以下、窪み面31及び接着剤配置面32並びにスペーサ60の配置について説明する。   Unlike the first embodiment, the package 30 of the second embodiment has a recessed surface 31 and an adhesive arrangement surface 32. The recessed surface 31 is a surface that is recessed in a direction perpendicular to the holding surface 30 a that is a surface that holds the base material 20. The adhesive placement surface 32 is a surface on which the second adhesive 50 is placed on the holding surface 30a. Then, at least three spacers 60 are arranged on the adhesive arrangement surface 32 on the circumference of a concentric circle centered on the center of gravity of the base material 20. Hereinafter, the arrangement of the recessed surface 31, the adhesive arrangement surface 32, and the spacer 60 will be described.

窪み面31は、パッケージ30のベース材20を保持する面である保持面30aに対して垂直な方向に窪んだ面をいう。そして、窪み面31は、底面31a、第1側面31b及び第2側面32bを有する。   The recessed surface 31 refers to a surface that is recessed in a direction perpendicular to the holding surface 30 a that is a surface that holds the base material 20 of the package 30. The recessed surface 31 has a bottom surface 31a, a first side surface 31b, and a second side surface 32b.

底面31aは、ベース材20と対向しており、上記の保持面30aと垂直な方向に対して保持面30aよりも下にある。第1側面31bは、窪み面31の一方の側面であり、第2側面31cは、窪み面31の他方の側面である。窪み面31は、図4に示すように断面矩形形状であり、また図5に示すように上面から見ても矩形形状である。なお、第2実施形態では、上述のように窪み面31は矩形形状であるが、本発明はこれに限られず、断面が円弧状やテーパ形状でもよいし、上面から見て楕円状や菱形など適宜設計変更することができる。   The bottom surface 31a faces the base material 20 and is below the holding surface 30a with respect to the direction perpendicular to the holding surface 30a. The first side surface 31 b is one side surface of the recessed surface 31, and the second side surface 31 c is the other side surface of the recessed surface 31. The hollow surface 31 has a rectangular cross section as shown in FIG. 4 and has a rectangular shape when viewed from above as shown in FIG. In the second embodiment, the recessed surface 31 has a rectangular shape as described above. However, the present invention is not limited to this, and the cross section may be an arc shape or a taper shape, or may be an ellipse or a rhombus when viewed from above. The design can be changed as appropriate.

この窪み面31には、上記の第2接着剤50が塗布されておらず、ベース材20、底面31a、第1側面31b及び第2側面31cとで囲まれる空間を有することになる。つまり、ベース材20と底面31aとの間は、第2接着剤50の厚みに窪み面31の窪みの深さを加えた分だけ離れており、所定の広さの空間ができている。よって、第2実施形態では、この空間に収容できる大きさの回路素子を、ベース材20のセンサチップが実装される実装面の裏側に実装することができる。   The depression surface 31 is not coated with the second adhesive 50, and has a space surrounded by the base material 20, the bottom surface 31a, the first side surface 31b, and the second side surface 31c. That is, the base material 20 and the bottom surface 31a are separated by an amount corresponding to the thickness of the second adhesive 50 plus the depth of the depression of the depression surface 31, and a space having a predetermined width is formed. Therefore, in 2nd Embodiment, the circuit element of the magnitude | size which can be accommodated in this space can be mounted in the back side of the mounting surface in which the sensor chip of the base material 20 is mounted.

上記の保持面30aに第2接着剤50が塗布されている接着剤配置面32は、パッケージ30とベース材20とを接着している面である。つまり、図5に示すように、第2接着剤50は保持面30aのうちベース材20と対向している面に塗布されており、上述したように底面31aには塗布されていない。なお、第2実施形態において接着剤配置面32は、保持面30aのうちベース材20と対向している全面のことを意味しているが、特に全面に塗布されることに限定されず、一部に塗布されていてもよい。   The adhesive arrangement surface 32 in which the second adhesive 50 is applied to the holding surface 30 a is a surface that bonds the package 30 and the base material 20. That is, as shown in FIG. 5, the second adhesive 50 is applied to the surface of the holding surface 30a facing the base member 20, and is not applied to the bottom surface 31a as described above. In the second embodiment, the adhesive placement surface 32 means the entire surface of the holding surface 30a facing the base material 20, but is not limited to being applied to the entire surface, and It may be applied to the part.

スペーサ60は、上記の接着剤配置面32で、かつ、ベース材20の重心Gを中心とする円Oの円周上に3つ以上配置されている。また、スペーサ60の一部が円Oの円周上のっていれば、スペーサ60が円Oの円周上に配置されているといえる。そして、スペーサ60の配置は、窪み面31を介して一方側に偏らずに配置する。言い換えると、第1側面31b側又は第2側面31c側の両側に接着剤配置面32があるが、片側の接着剤配置面32のみにスペーサ60は配置されないということである。つまり、スペーサ60の個数が偶数の場合には、一方の接着剤配置面32にその半数、他方に残りの半数を配置する。そして、スペーサ60の個数が奇数の場合には、上述の偶数の場合と同様にまずは半分ずつ配置し、残った1つを適宜配置すればよい。なお、円Oの半径は、この円Oの円周の一部が接着剤配置面32にあればよい。   Three or more spacers 60 are arranged on the circumference of a circle O centering on the center of gravity G of the base material 20 on the adhesive arrangement surface 32 described above. Further, if a part of the spacer 60 is on the circumference of the circle O, it can be said that the spacer 60 is arranged on the circumference of the circle O. The spacer 60 is arranged without being biased to one side through the recessed surface 31. In other words, there are the adhesive placement surfaces 32 on both sides of the first side surface 31b or the second side surface 31c, but the spacer 60 is not disposed only on the adhesive placement surface 32 on one side. That is, when the number of the spacers 60 is an even number, half of the spacers are arranged on one adhesive arrangement surface 32 and the other half are arranged on the other. When the number of spacers 60 is an odd number, first, half as in the case of the above-described even number, and the remaining one may be appropriately disposed. The radius of the circle O may be a part of the circumference of the circle O on the adhesive placement surface 32.

(第2実施形態の作用効果)
以下、第2実施形態の作用効果について説明する。
(Operational effect of the second embodiment)
Hereinafter, the function and effect of the second embodiment will be described.

第2実施形態では、パッケージ30は、ベース材20を保持する面である保持面30aに対して垂直な方向に窪んだ窪み面31と、保持面30aで第2接着剤50が配置されている面である接着剤配置面32と、を有している。   In the second embodiment, the package 30 includes a recessed surface 31 that is recessed in a direction perpendicular to the holding surface 30a that is a surface that holds the base material 20, and the second adhesive 50 on the holding surface 30a. And an adhesive arrangement surface 32 which is a surface.

これによれば、外部の温度変化によってベース材20が反ってしまった場合でも、接着剤配置面32に配置された第2接着剤50の厚みを一定にできる。   According to this, even when the base material 20 warps due to an external temperature change, the thickness of the second adhesive 50 arranged on the adhesive arrangement surface 32 can be made constant.

詳述すると、第1実施形態の加速度センサ1では、外部環境の温度変化によってベース材20に熱応力が発生し、ベース材20が反ってしまうことがあった。ベース材20が反ってしまうと、ベース材20とパッケージ30との間隔が、ベース材20の中央と端部とで異なってしまう。よって、上述した第2接着剤50の厚みが一定にできない、もしくは、第2接着剤50とベース材20との界面又は第2接着剤50とパッケージ30との界面で剥離が生じることが懸念される。   More specifically, in the acceleration sensor 1 of the first embodiment, thermal stress is generated in the base material 20 due to temperature changes in the external environment, and the base material 20 may be warped. When the base material 20 is warped, the distance between the base material 20 and the package 30 is different between the center and the end of the base material 20. Therefore, there is a concern that the thickness of the second adhesive 50 described above cannot be made constant, or peeling occurs at the interface between the second adhesive 50 and the base material 20 or the interface between the second adhesive 50 and the package 30. The

そこで、本実施形態では、パッケージ30は、上記の窪み面31及び接着剤配置面32を有する。これによれば、反りによって、ベース材20の中央付近での上記の間隔が最も大きく変化するが、窪み面31には第2接着剤50がないので、反りによる上述の間隔変化が第2接着剤の厚みの調整に与える影響は少ない。したがって、ベース材20とパッケージ30との間隔が反りによって大きく変化してしまうことを防げるので、上述した第2接着剤50の厚みを精度よく調節できる。   Therefore, in the present embodiment, the package 30 has the recessed surface 31 and the adhesive placement surface 32 described above. According to this, although the said space | interval near the center of the base material 20 changes most greatly by curvature, since the 2nd adhesive agent 50 does not exist in the hollow surface 31, the above-mentioned space | interval change by curvature will be 2nd adhesion. The effect on the adjustment of the thickness of the agent is small. Therefore, since it can prevent that the space | interval of the base material 20 and the package 30 changes a lot by curvature, the thickness of the 2nd adhesive agent 50 mentioned above can be adjusted accurately.

また、第2実施形態では、スペーサ60は、接着剤配置面32に少なくとも3つ以上配置されている。   In the second embodiment, at least three spacers 60 are arranged on the adhesive arrangement surface 32.

これによれば、2つのスペーサ60がある場合に比べて、ベース材20が傾くことでベース材20とパッケージ30との間隔が一定にならないことを防止できる。つまり、3つ以上のスペーサ60が配置されることで、ベース材20の傾きを防ぎ、ベース材20とパッケージ30との間隔を一定にすることができる。   According to this, it is possible to prevent the interval between the base material 20 and the package 30 from becoming constant due to the inclination of the base material 20 as compared with the case where there are two spacers 60. That is, by arranging three or more spacers 60, it is possible to prevent the base material 20 from being inclined and to keep the distance between the base material 20 and the package 30 constant.

さらに、第2実施形態では、スペーサ60は、ベース材20の重心を中心とする円の円周上に配置されている。反りは主にベース材20の重心を中心として起こると考えられるので、重心から離れたベース材20の端部ほどベース材20とパッケージ30との間隔は広くなる。よって、重心を中心とする円の円周上にスペーサ60を配置すると、ベース材20が反った場合でも各スペーサ60が配置されている箇所の第2接着剤50の厚みはほぼ均一にできる。   Furthermore, in the second embodiment, the spacer 60 is disposed on the circumference of a circle centered on the center of gravity of the base material 20. Since it is considered that the warp mainly occurs around the center of gravity of the base material 20, the distance between the base material 20 and the package 30 becomes wider toward the end of the base material 20 far from the center of gravity. Therefore, when the spacers 60 are arranged on the circumference of a circle centered on the center of gravity, the thickness of the second adhesive 50 at the locations where the spacers 60 are arranged can be made substantially uniform even when the base material 20 is warped.

したがって、第2実施形態の加速度センサ2によれば、ベース材20の反りの影響を低減しつつ、上述の第1実施形態の作用効果を奏することができる。   Therefore, according to the acceleration sensor 2 of 2nd Embodiment, the effect of the above-mentioned 1st Embodiment can be show | played, reducing the influence of the curvature of the base material 20. FIG.

(他の実施形態)
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、上述に例示したように種々変形して実施することが可能である。また、各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分どうしの組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくとも実施形態どうしを部分的に組み合せることも可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as illustrated above. In addition, not only combinations of parts that clearly indicate that the combination is possible in each embodiment, but also a combination of the embodiments even if not clearly indicated, unless there is a problem with the combination. It is also possible.

また、本発明の加速度センサの用途として車載用のものが考えられる。車両には駆動によって高温になる内燃機関が搭載されているため、車両に加速度センサを搭載する際には、非常に温度変化が大きい環境に搭載されるといえる。温度変化が大きい環境で使用するので、加速度センサは上述の熱応力の影響を大きく受ける。   Moreover, the thing for vehicle-mounted is considered as a use of the acceleration sensor of this invention. Since the vehicle is equipped with an internal combustion engine that becomes hot when driven, it can be said that when the acceleration sensor is mounted on the vehicle, it is mounted in an environment where the temperature change is very large. Since it is used in an environment where the temperature change is large, the acceleration sensor is greatly affected by the above-described thermal stress.

さらに、車載用の加速度センサは、外部から受ける振動の周波数よりも十分に大きな共振周波数をもつことが必要とされる。なぜなら、主に車載用の加速度センサは、エアバッグ等の安全装置に搭載され、車両衝突時の衝撃を検出する役割をもつ。ここで、外部から衝撃以外の微弱な振動、例えば車両が段差に乗り上げたときの衝撃やエンジン振動等、によって加速度センサが共振してしまった場合、共振によって微弱振動は増幅される。すると、増幅された微弱振動によって加速度センサが検出する加速度は非常に大きなものとなるので、あたかも安全装置は車両衝突が起こったと検知してしまう。よって、微弱振動の周波数と加速度センサの共振周波数とが一致しないように、加速度センサの共振周波数は高く設定しなければならないからである。   Furthermore, an in-vehicle acceleration sensor is required to have a resonance frequency sufficiently higher than the frequency of vibration received from the outside. This is because an in-vehicle acceleration sensor is mounted on a safety device such as an air bag and has a role of detecting an impact at the time of a vehicle collision. Here, when the acceleration sensor resonates due to weak vibrations other than impact from the outside, for example, impact or engine vibration when the vehicle rides on a step, the weak vibration is amplified by resonance. Then, since the acceleration detected by the acceleration sensor is very large due to the amplified weak vibration, the safety device detects that a vehicle collision has occurred. Therefore, the resonance frequency of the acceleration sensor must be set high so that the frequency of the weak vibration does not match the resonance frequency of the acceleration sensor.

以上のような背景があるので、熱応力の影響を低減し、最適な共振周波数を設定できるという機能を両立している本発明の加速度センサを車両搭載用として用いたときにこそ、上述の作用効果を存分に奏することができる。なお、車両に搭載する加速度センサの用途として、具体的には、エアバッグ駆動時の衝撃検出用、横滑り防止装置の加速度検出用及びABS(Antilock Brake System)装置の加速度検出用等がある。   Because of the above-described background, the above-described action is achieved when the acceleration sensor of the present invention, which has both the functions of reducing the influence of thermal stress and setting the optimum resonance frequency, is used for vehicle mounting. The effect can be fully achieved. Specific examples of the use of the acceleration sensor mounted on the vehicle include detection of impact when driving an airbag, detection of acceleration of a skid prevention device, and detection of acceleration of an ABS (Antilock Break System) device.

10…センサチップ、20…ベース材、30…パッケージ、40…第1接着剤、
50…第2接着剤、60…スペーサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sensor chip, 20 ... Base material, 30 ... Package, 40 ... 1st adhesive agent,
50 ... second adhesive, 60 ... spacer

Claims (5)

物体の加速度を計測する加速度センサにおいて、
前記加速度を電気信号に変換する素子であるセンサチップ(10)と、
前記センサチップが実装されているベース材(20)と、
前記ベース材を保持するパッケージ(30)と、
前記センサチップと前記ベース材との間に配置され、前記センサチップと前記ベース材とを接着する第1接着剤(40)と、
前記ベース材と前記パッケージとの間に配置され、前記ベース材と前記パッケージとを接着する第2接着剤(50)と、
前記ベース材と前記パッケージとの間に配置され、前記ベース材と前記パッケージとの間隔を一定にしているスペーサ(60)と、を備え、
前記第1接着剤及び前記第2接着剤の弾性率は、前記ベース材の弾性率よりも低い加速度センサ。
In an acceleration sensor that measures the acceleration of an object,
A sensor chip (10) which is an element for converting the acceleration into an electrical signal;
A base material (20) on which the sensor chip is mounted;
A package (30) for holding the base material;
A first adhesive (40) disposed between the sensor chip and the base material to bond the sensor chip and the base material;
A second adhesive (50) disposed between the base material and the package and bonding the base material and the package;
A spacer (60) disposed between the base material and the package and maintaining a constant distance between the base material and the package,
The first and second adhesives have an elastic modulus lower than that of the base material.
前記パッケージには、前記センサチップ、前記ベース材、前記第1接着剤及び前記第2接着剤を収容する収容空間(30b)が形成されており、
前記収容空間内で前記センサチップが露出している請求項1に記載の加速度センサ。
In the package, an accommodation space (30b) for accommodating the sensor chip, the base material, the first adhesive, and the second adhesive is formed,
The acceleration sensor according to claim 1, wherein the sensor chip is exposed in the housing space.
前記パッケージは、
前記ベース材に対向して配置され、前記ベース材を保持する面である保持面(30a)に対して垂直な方向に窪んだ窪み面(31)と、
前記保持面で前記第2接着剤が配置されている面である接着剤配置面(32)と、を有している請求項1又は2のいずれか1項に記載の加速度センサ。
The package is
A recessed surface (31) which is disposed facing the base material and is recessed in a direction perpendicular to the holding surface (30a) which is a surface for holding the base material;
The acceleration sensor according to claim 1, further comprising an adhesive arrangement surface (32) that is a surface on which the second adhesive is arranged on the holding surface.
前記スペーサは、前記接着剤配置面に少なくとも3つ以上配置されている請求項3に記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 3, wherein at least three spacers are arranged on the adhesive arrangement surface. 前記スペーサは、前記ベース材の重心を中心とする円の円周上に配置されている請求項4に記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 4, wherein the spacer is disposed on a circumference of a circle centered on the center of gravity of the base material.
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