JP2019032222A - 物理量センサー、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器、および移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態に係る物理量センサーを、図1、図2A、図2B、図2C、図3、図4、図5、図6A、図6B、および図6Cを参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す斜視図である。図2Aは、物理量センサーの概略構成を示す図1のA−A断面図である。図2Bは、蓋部に設けられた溝部、およびその封止状態を示す図1のB−Bにおける部分断面図である。図2Cは、センサー素子を取り付ける接着材の塗布例を示す平面図である。図3は、物理量センサーの機能ブロック図である。図4は、物理量センサーに用いられているセンサー素子の配置例を示す平面図である。なお、説明の便宜上、図4では蓋部を省略した状態を示している。図5は、センサー素子の概略構成を示す断面図である。図6Aは、センサー素子のセンサー部(X軸方向検出)の概略構成を示す斜視図である。図6Bは、センサー部(Y軸方向検出)の概略構成を示す斜視図である。図6Cは、センサー部(Z軸方向検出)の概略構成を示す斜視図である。
図1、図2A、および図2Bに示すように、構造体5を収容する容器としてのパッケージ7は、加速度センサー素子20とパッケージ7とが重なる方向(+Z軸方向)からの平面視で外縁が四角形状であり、第1の基材11、第2の基材12、および第3の基材13で構成されているベース部10と、封止部材14を介して第3の基材13に接続されている蓋体としての蓋部15とを含み構成されている。なお、第1の基材11、第2の基材12、および第3の基材13は、この順で積層されてベース部10が構成される。第1の基材11は、平板状であり、第2の基材12、および第3の基材13は、各基材を積層した積層方向からの平面視で中央部が除去された環状体であり、第3の基材13の上面の周縁にシールリングや低融点ガラス等の封止部材14が形成されている。なお、第1の基材11が、底板に相当し、第2の基材12、および第3の基材13が、外周壁部分(側壁)に相当する。
構造体5は、加速度センサー素子20と、加速度センサー素子20と電気的に接続され、接着層41によって加速度センサー素子20上に接続されている回路素子としてのIC40を含む。換言すれば、IC40は、加速度センサー素子20の、パッケージ7を構成する第1の基材11側の面である下面20rと反対側の面に取り付けられている。このように、パッケージ7と加速度センサー素子20とIC40とを積層することにより、平面方向の配置効率を高め、物理量センサー1の平面視における面積を小さくすることができる。
具体的には、パッケージ7の四角形状の各々の辺の長さL1,L2を、2.0mm以上、7.0mm以下とし、蓋部15を除くベース部10の厚さTを、0.50mm以上、1.85mm未満としたとき、パッケージ7の底板(第1の基材11)の厚さ(図2Aに示すt)を変化させた場合の、第1の基材11が収容空間17に露出している部分(底板部分)の変形率と、外周壁部分の応力シミュレーション結果を示している。なお、ここでのパッケージ7の四角形状の各々の辺の長さL1,L2とは、対向する各辺間の距離が最も大きくなった位置での寸法を言う。また、ベース部10の厚さTにおいても、同様に対向する各面間の距離が最も大きくなった位置での寸法を言う。
センサー素子としての加速度センサー素子20は、図4、および図5に示すように、ベース基板22およびキャップ部23を有する容器25と、容器25内に収容された三つのセンサー部であるX軸センサー部21x、Y軸センサー部21y、およびZ軸センサー部21zを有している。なお、説明の便宜上、図5には、Z軸センサー部21zのみを示している。
図2Aに示すように、IC40は、接着層41を介して加速度センサー素子20の上面(キャップ部23上)に配置されている。なお、接着層41としては、加速度センサー素子20上にIC40を固定することができれば、特に限定されず、例えば、半田、銀ペースト、樹脂系接着材(ダイアタッチ材:DA材)等を用いることができる。
先ず、図10を参照して、加速度センサー素子の応用例1を説明する。図10は、センサー素子の応用例1を示す平面図である。
次に、図11を参照して、加速度センサー素子の応用例2を説明する。図11は、センサー素子の応用例2を示す平面図である。
次に、第2実施形態に係る物理量センサーを、図12を参照して説明する。図12は、第2実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す断面図である。なお、以下では、第1実施形態と同様の、互いに直交する三つの軸をX軸、Y軸およびZ軸を用いて説明する。また、説明の便宜上、Z軸方向から視たときの平面視において、蓋部側である+Z軸方向側の面を上面、これと反対側となる−Z軸方向側の面を下面として説明することがある。また、以下の説明では、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
パッケージ7Aは、第1の基材11A、第2の基材12A、および第3の基材13Aで構成されているベース部10Aと、封止部材14を介して第3の基材13Aに接続されている蓋体としての蓋部15とを含み構成されている。なお、パッケージ7Aの構成は、第1実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。
構造体5Aは、回路素子としてのIC40Aと、IC40A上に配置されたセンサー素子としての加速度センサー素子20と、を含む。IC40Aは、接着層41を介して下面40r側がパッケージ7Aに接続されている。加速度センサー素子20は、IC40Aの上面40fに、接合材としての樹脂接着材18を介して取り付けられている。
次に、第3実施形態に係る物理量センサーを、図13A、および図13Bを参照して説明する。図13Aは、第3実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す平面図である。なお、説明の便宜上、図13Aでは蓋部を省略した状態を示している。図13Bは、第3実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す断面図である。なお、以下では、第1実施形態と同様の、互いに直交する三つの軸をX軸、Y軸およびZ軸を用いて説明する。また、説明の便宜上、Z軸方向から視たときの平面視において、センサー素子側である+Z軸方向側の面を上面、これと反対側となる−Z軸方向側の面を下面として説明することがある。また、以下の説明では、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
次に、第4実施形態に係る物理量センサーを、図14A、および図14Bを参照して説明する。図14Aは、第4実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す平面図である。なお、説明の便宜上、図14Aでは蓋部を省略した状態を示している。図14Bは、第4実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す断面図である。なお、以下では、第1実施形態と同様の、互いに直交する三つの軸をX軸、Y軸およびZ軸を用いて説明する。また、説明の便宜上、Z軸方向から視たときの平面視において、センサー素子側である+Z軸方向側の面を上面、これと反対側となる−Z軸方向側の面を下面として説明することがある。また、以下の説明では、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
ここで、図15A、および図15Bを参照して、角速度センサー素子の一例を説明する。図15Aは、物理量センサーに用いられる角速度センサー素子の一例を示す平面図である。なお、説明の便宜上、図15Aではリッド(蓋体)を省略している。図15Bは、角速度センサー素子の一例を示す図15Aの断面図である。なお、図15A、および図15Bでは、互いに直交する3軸を、x軸、y軸およびz軸とし、z軸は、振動デバイスの厚さ方向と一致する。また、x軸に平行な方向を「x軸方向(第2方向)」と言い、y軸に平行な方向を「y軸方向(第1方向)」と言い、z軸に平行な方向を「z軸方向」と言う。
次に、図16を参照して、前述の物理量センサー1を備えた複合センサーの構成例について説明する。図16は、複合センサーの概略構成を示す機能ブロック図である。
次に、図17および図18を参照して、慣性計測ユニット(IMU:Inertial Measurement Unit)について説明する。図17は、慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図18は、慣性計測ユニットの慣性センサー素子の配置例を示す斜視図である。
次に、物理量センサー1,1A,1B,1Cを用いた携帯型電子機器について、図19および図20に基づき、詳細に説明する。なお、以下では、物理量センサー1を用いた例を示して説明する。以下、携帯型電子機器の一例として、腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)を示して説明する。
1.距離:高精度のGPS機能により計測開始からの合計距離を計測する。
2.ペース:ペース距離計測から、現在の走行ペースを表示する。
3.平均スピード:平均スピード走行開始から現在までの平均スピードを算出し表示する。
4.標高:GPS機能により、標高を計測し表示する。
5.ストライド:GPS電波が届かないトンネル内などでも歩幅を計測し表示する。
6.ピッチ:1分あたりの歩数を計測し表示する。
7.心拍数:脈拍センサーにより心拍数を計測し表示する。
8.勾配:山間部でのトレーニングやトレイルランにおいて、地面の勾配を計測し表示する。
9.オートラップ:事前に設定した一定距離や一定時間を走った時に、自動でラップ計測を行う。
10.運動消費カロリー:消費カロリーを表示する。
11.歩数:運動開始からの歩数の合計を表示する。
次に、物理量センサー1,1A,1B,1Cを用いた電子機器について、図21〜図23に基づき、詳細に説明する。なお、以下では、物理量センサー1を用いた例を示して説明する。
次に、物理量センサー1,1A,1B,1Cを用いた移動体について、代表例として物理量センサー1を用いた例を図24に示し、詳細に説明する。図24は、移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。
Claims (22)
- センサー素子と、
前記センサー素子が収容されている容器と、
を含み、
前記センサー素子と前記容器とが重なる方向からの平面視で、前記容器の外縁は四角形状であり、
前記四角形状の各々の辺の長さは、2.0mm以上、7.0mm以下であり、
前記容器の厚さは、0.50mm以上、1.85mm未満であり、
前記容器の底板の厚さをtとしたとき、
0.4mm≦t≦1.1mm、
を満たしている、
物理量センサー。 - 請求項1において、
0.4mm≦t≦0.9mm
を満たしている、
物理量センサー。 - 請求項1において、
0.4mm≦t≦0.7mm
を満たしている、
物理量センサー。 - 請求項1において、
0.5mm≦t≦0.7mm
を満たしている、
物理量センサー。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項において、
前記各々の辺の長さは、3.0mm以上、5.0mm以下である、
物理量センサー。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項において、
前記容器は、
前記センサー素子が内部に収容されている凹陥部を構成するように前記底板に積層されている環状の基板と、
前記凹陥部の前記内部が閉空間となるように、前記凹陥部の開口部を封止している蓋体と、
を含む、
物理量センサー。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか一項において、
前記底板は、複数の基板が積層されている積層基板である、
物理量センサー。 - 請求項7において、
前記積層基板の積層数は、三層である、
物理量センサー。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか一項において、
前記容器に収容され、前記センサー素子と電気的に接続されている回路素子を含む、
物理量センサー。 - 請求項9において、
前記センサー素子は、前記底板に取り付けられ、
前記回路素子は、前記センサー素子の前記底板側とは反対側の面に取り付けられている、
物理量センサー。 - 請求項9において、
前記回路素子は、前記底板に取り付けられ、
前記センサー素子は、前記回路素子の前記底板側とは反対側の面に取り付けられている、
物理量センサー。 - 請求項1ないし請求項11のいずれか一項において、
前記センサー素子は、
ベース基板と、
前記ベース基板との間に収容空間を構成するように、前記ベース基板に接合されているキャップ部と、
前記収容空間に収容されているセンサー部と、
を含む、
物理量センサー。 - 請求項12において、
前記ベース基板は、シリコンまたはガラスで構成されている、
物理量センサー。 - 請求項12または請求項13において、
前記センサー部は、シリコンで構成されている、
物理量センサー。 - 請求項12ないし請求項14のいずれか一項において、
前記キャップ部は、
シリコンまたはガラスで構成されている、
物理量センサー。 - 請求項1ないし請求項15のいずれか一項において、
前記底板は、セラミック、ガラス、シリコン、樹脂、および金属の何れかで構成されている、
物理量センサー。 - 請求項1ないし請求項16のいずれか一項において、
前記センサー素子は、加速度センサー素子である、
物理量センサー。 - 請求項17に記載の物理量センサーと、
角速度センサー素子と、を含む、
複合センサー。 - 請求項1ないし請求項17のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
角速度センサーと、
前記物理量センサーおよび前記角速度センサーを制御する制御部と、
を備えている、
慣性計測ユニット。 - 請求項1ないし請求項17のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーが収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、
を含む、
携帯型電子機器。 - 請求項1ないし請求項17のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
を備えている、
電子機器。 - 請求項1ないし請求項17のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて姿勢制御を行う姿勢制御部と、
を備えている、
移動体。
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