JP2019039885A - 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
【課題】物理量の出力データに係る温度ヒステリシスなどを低減し、検出精度を向上させた物理量センサーを提供する。【解決手段】物理量センサー1は、センサー素子(加速度センサー素子20)と、接合材(樹脂接着材18)を用いてセンサー素子が取り付けられている基板(パッケージ7)と、を含み、前記接合材の弾性率をeとしたとき、2.0GPa<e<7.8GPaを満たしている。【選択図】図2A
Description
本発明は、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、および移動体に関する。
近年、電子デバイスとして、シリコンMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて製造された物理量センサーが開発されている。このような物理量センサーとして、例えば特許文献1には、櫛歯状をなして対向配置されている可動電極および固定電極を有する素子を有し、これら二つの電極間の静電容量に基づいて物理量を検出する静電容量型の物理量センサー(力学量センサー)が記載されている。このような構成の物理量センサーを、接合材を用いて回路基板やパッケージに実装した場合、実装に起因した応力により物理量センサーの容器に反りが発生してしまう。この容器に生じる反りに起因して、内部に収納されているセンサー素子に応力が加わることによって、可動電極および固定電極に歪が生じてしまい、電極間に発生する静電容量に変動を生じてしまい検出精度に影響を与えてしまう虞があった。
電子デバイスにおいて、上述のような素子に加わる応力を低減させるため、例えば特許文献2には、半導体素子の裏面にシリコーン樹脂などの接着材を全面塗布するのではなく、複数の箇所に塗布する多点塗布を行うことが記載されている。即ち、接着材による多点支持により半導体素子を基板に実装することによって、半導体素子に生じる応力を緩和することができると記載されている。また、特許文献3には、応力を緩和するためのスペーサーとしての中間層をパッケージの基板と素子との間に配置し、素子をパッケージの基板に実装することが記載されている。
しかしながら、上述の特許文献2や特許文献3のような構成では、電子デバイスを回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して、半導体素子などの素子を実装している硬化した接着材の物性に変化(劣化)が生じてしまうことによって、素子に加わる応力を十分に緩和することができなくなってしまう問題があった。これにより、特許文献1に記載されているような物理量センサーでは、物理量センサーから出力される検出信号の温度特性において、昇温時と降温時との検出信号に差が生じる、所謂温度ヒステリシスが生じてしまうという課題があった。
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。
[適用例1]本適用例に係る物理量センサーは、センサー素子と、接合材を用いて前記センサー素子が取り付けられている基板と、を含み、前記接合材の弾性率をeとしたとき、2.0GPa<e<7.8GPaを満たしていることを特徴とする。
本適用例に係る物理量センサーによれば、基板にセンサー素子を取り付けている接合材の弾性率eを最適化し、2.0GPa<e<7.8GPaを満たしていることにより、回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを低減させることができる。なお、弾性率eは、その単位として、GPa(ギガパスカル)を用いている。
[適用例2]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、2.0GPa<e≦7.5GPaを満たしていることが好ましい。
本適用例によれば、基板にセンサー素子を取り付けている接合材の弾性率eを、更に最適化し、2.0GPa<e≦7.5GPaを満たしていることにより、回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを更に低減させることができる。
[適用例3]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、2.5GPa≦e≦7.0GPaを満たしていることが好ましい。
本適用例によれば、基板にセンサー素子を取り付けている接合材の弾性率eを、更に最適化し、2.5GPa<e≦7.0GPaを満たしていることにより、回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを更に好適に低減させることができる。
[適用例4]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、3.4GPa≦e≦6.0GPaを満たしていることが好ましい。
本適用例によれば、基板にセンサー素子を取り付けている接合材の弾性率eを、更に最適化し、3.4GPa<e≦6.0GPaを満たしていることにより、回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを特に好適に低減させることができる。
[適用例5]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記接合材のガラス転移温度が、前記センサー素子の動作温度範囲外にあることが好ましい。
本適用例によれば、基板にセンサー素子を取り付けている接合材のガラス転移温度(Tg)が、センサー素子の動作温度範囲外にあることにより、動作温度範囲内では接合材の物性変化が生じ難くなり、センサー素子の温度特性を更に安定化させることができる。
[適用例6]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記接合材の厚さが、50μm未満であることが好ましい。
本適用例によれば、基板にセンサー素子を取り付けている接合材の厚さを、50μm未満とすることにより、熱処理などによって生じる接合材の物性変化によるセンサー素子の特性への影響を低減させることができる。
[適用例7]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記センサー素子と前記基板との取り付け方向からの平面視で、前記センサー素子と前記基板とが重なる面積に対する前記接合材の接合面積の割合は、80%以上であることが好ましい。
本適用例によれば、接合材の接合面積が大きい程、センサー素子の特性のばらつきを小さくすることができ、特に接合材の接合面積の割合を80%以上とすることにより、センサー素子の特性を安定化することができる。
[適用例8]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、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ことが好ましい。
本適用例によれば、センサー素子と電気的に接続されている回路素子により、センサー素子を制御することができる。
[適用例9]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記回路素子は、前記センサー素子の前記基板の側とは反対側の面に取り付けられていることが好ましい。
本適用例によれば、基板とセンサー素子と回路素子とを積層することにより、平面方向の配置効率を高め、物理量センサーの平面視における面積を小さくすることができる。
[適用例10]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記基板と収容空間を構成するように前記基板に接合されている蓋体を含み、前記センサー素子と前記回路素子とは、前記収容空間に収容されていることが好ましい。
本適用例によれば、基板と蓋体との間に設けられている収容空間に、センサー素子および回路素子が収納されていることにより、コンパクトで高性能な物理量センサーを提供することができる。
[適用例11]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、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、を含むことが好ましい。
本適用例によれば、ベース基板と、ベース基板に接合されているキャップ部と、によって構成されている収容空間にセンサー部が収容されているため、センサー部の検出をより高精度に行なうことができる。
[適用例12]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記ベース基板は、シリコン材料またはガラス材料で構成されていることが好ましい。
本適用例によれば、センサー部との接合を容易に行なうことができるとともに、光透過性を付与することができるため、ベース基板を介して収容空間の内部を観察することができる。
[適用例13]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記センサー部は、シリコン材料で構成されていることが好ましい。
本適用例によれば、ベース基板との接合に際し、陽極接合などを用いて容易に行なうことができる。
[適用例14]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、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ことが好ましい。
本適用例によれば、ベース基板との接合を容易に行なうことができるとともに、キャップ部に光透過性を付与することができるため、キャップ部を介して収容空間の内部を容易に観察することができる。
[適用例15]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記基板は、セラミック、ガラス、シリコン、樹脂、および金属のいずれかで構成されていることが好ましい。
本適用例によれば、容易に入手可能な一般的な材料を用いて物理量センサーの容器を構成することが可能となる。
[適用例16]本適用例に係る物理量センサーは、センサー素子と、前記センサー素子と電気的に接続されている回路素子と、前記回路素子が取り付けられている基板と、を含み、前記センサー素子は、前記回路素子の前記基板の側とは反対側の面に、接合材を用いて取り付けられ、前記接合材の弾性率をeとしたとき、2.0GPa<e<8.0GPaを満たしていることを特徴とする。
本適用例に係る物理量センサーによれば、基板に取り付けられている回路素子の基板の側と反対側にセンサー素子が電気的に接続されて取り付けられているため、物理量センサーのモジュール化を図ることができる。加えて、回路素子にセンサー素子を取り付けている接合材の弾性率eを最適化し、2.0GPa<e<7.8GPaを満たしていることにより、回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを低減させることができる。
[適用例17]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、2.0GPa<e≦7.5GPaを満たしていることが好ましい。
本適用例によれば、回路素子にセンサー素子を取り付けている接合材の弾性率eを、更に最適化し、2.0GPa<e≦7.5GPaを満たしていることにより、回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを更に低減させることができる。
[適用例18]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、2.5GPa≦e≦7.0GPaを満たしていることが好ましい。
本適用例によれば、回路素子にセンサー素子を取り付けている接合材の弾性率eを、更に最適化し、2.5GPa<e≦7.0GPaを満たしていることにより、回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを更に好適に低減させることができる。
[適用例19]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、3.4GPa≦e≦6.0GPaを満たしていることが好ましい。
本適用例によれば、回路素子にセンサー素子を取り付けている接合材の弾性率eを、更に最適化し、3.4GPa<e≦6.0GPaを満たしていることにより、回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを特に好適に低減させることができる。
[適用例20]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記接合材のガラス転移温度が、前記センサー素子の動作温度範囲外にあることが好ましい。
本適用例によれば、回路素子にセンサー素子を取り付けている接合材のガラス転移温度(Tg)が、センサー素子の動作温度範囲外にあることにより、動作温度範囲内では接合材の物性変化が生じ難くなり、センサー素子の温度特性を更に安定化させることができる。
[適用例21]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記接合材の厚さが、50μm未満であることが好ましい。
本適用例によれば、回路素子にセンサー素子を取り付けている接合材の厚さを、50μm未満とすることにより、熱処理などによって生じる接合材の物性変化によるセンサー素子の特性への影響を低減させることができる。
[適用例22]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記基板は、セラミック、ガラス、シリコン、樹脂、及び金属の何れかで構成されていることが好ましい。
本適用例によれば、容易に入手可能な一般的な材料を用いて物理量センサーの容器を構成することが可能となる。
[適用例23]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記センサー素子は、加速度センサー素子であることが好ましい。
本適用例によれば、回路基板やパッケージに取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを低減させた加速度データを取得することができる。
[適用例24]本適用例に係る複合センサーは、上記適用例に記載の物理量センサーと、角速度センサー素子と、を含むことを特徴とする。
本適用例によれば、複合センサーを容易に構成することができ、例えば加速度データや角速度データを取得することができる。
[適用例25]本適用例に係る慣性計測ユニットは、上記適用例のいずれか一例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。
本適用例によれば、熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを減少させた物理量センサーにより、さらに高信頼性の慣性計測ユニットを提供することができる。
[適用例26]本適用例に係る携帯型電子機器は、上記適用例のいずれか一例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、を含むことを特徴とする。
本適用例によれば、熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを減少させた物理量センサーの出力データにより、さらに制御の信頼性を高めた高信頼性の携帯型電子機器を提供することができる。
[適用例27]本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例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。
本適用例によれば、熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを減少させた物理量センサーの検出信号により、さらに制御の信頼性を高めた高信頼性の電子機器を提供することができる。
[適用例28]本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例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の制御を行う姿勢制御部と、を備えている。
本適用例によれば、熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを減少させた物理量センサーの検出信号により、さらに姿勢制御の信頼性を高めた高信頼性の移動体を提供することができる。
以下、本発明に係る物理量センサー、慣性計測ユニット、電子機器、および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
<第1実施形態>
第1実施形態に係る物理量センサーを、図1、図2A、図2B、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断面図である。図2Bは、センサー素子の取り付け状態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では蓋体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。
第1実施形態に係る物理量センサーを、図1、図2A、図2B、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断面図である。図2Bは、センサー素子の取り付け状態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では蓋体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。
なお、以下では、各図面に記載されているように、互いに直交する三つの軸をX軸、Y軸およびZ軸として説明する。また、X軸に平行な方向を「X軸方向」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」とも言う。また、三つのセンサー部が配置される方向に沿ったX軸とY軸とを含む面を「XY面」とも言う。また、Z軸方向は、パッケージを構成するベース基板と蓋体の積層(配置)方向に沿った方向、換言すればセンサー素子とベース基板との取り付け方向(積層方向)に沿った方向をZ軸方向とする。さらに、説明の便宜上、Z軸方向から視たときの平面視において、蓋体側である+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。
図1、図2A、および図3に示す物理量センサー1は、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のそれぞれの加速度を独立して検知することのできる3軸加速度センサーとして利用可能である。このような物理量センサー1は、パッケージ7と、パッケージ7内に収容された構造体5と、を有している。なお、構造体5は、センサー素子としての加速度センサー素子20と、加速度センサー素子20上に配置された回路素子としてのIC(integrated circuit)40と、を含み、接合材としての樹脂接着材18によって、加速度センサー素子20の下面20rがパッケージ7の内側(収容空間17)に接続されている。
(パッケージ7)
図1、図2A、および図2Bに示すように、パッケージ7は、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、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、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が、基板に相当する。
図1、図2A、および図2Bに示すように、パッケージ7は、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、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、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が、基板に相当する。
パッケージ7は、中央部が除去された環状体である第2の基材12と第3の基材13とにより、構造体5を収容する凹部(キャビティー)が形成される。そして、パッケージ7は、これらの凹部(キャビティー)の開口が蓋体15によって塞がれることによって密閉空間である収容空間(内部空間)17が設けられ、この収容空間17に構造体5を収容することができる。このように、パッケージ7と蓋体15との間に設けられている収容空間17に、加速度センサー素子20およびIC40で構成される構造体5が収納されていることにより、コンパクトで高性能な物理量センサー1とすることができる。なお、第1の基材11や第2の基材12を含むベース部10に形成された配線パターンや電極パッド(端子電極)の一部は図示を省略してある。
第1の基材11、第2の基材12、および第3の基材13の構成材料には、セラミックなどが好適に用いられる。なお、第1の基材11、第2の基材12、および第3の基材13の構成材料は、セラミック以外に、ガラス、樹脂、金属等を用いてもよい。また、蓋体15の構成材料には、例えば、コバールなどの金属材料、ガラス材料、シリコン材料、セラミック材料、樹脂材料などを用いることができる。
また、第2の基材12の上面には複数の内部端子19が配置されており、第1の基材11の下面であるパッケージ7の外底面10rには複数の外部端子16が配置されている。また、各内部端子19は、ベース部10に形成された図示しない内部配線などを介して対応する外部端子16に電気的に接続されている。
(構造体5)
構造体5は、加速度センサー素子20と、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の側の面である下面20rとは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。
構造体5は、加速度センサー素子20と、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の側の面である下面20rとは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。
構造体5は、図2A、および図2Bに示すように、接合材としての樹脂接着材18によって、基板としてのベース部10を構成する第1の基材11の上面に、加速度センサー素子20の下面20rが接続され、パッケージ7の収容空間17に収納されている。なお、樹脂接着材18は、厚さt(図2A参照)を50μm未満とし、Z軸方向からの平面視で、加速度センサー素子20とパッケージ7(第1の基材11)とが重なる面積に対する樹脂接着材18の塗布されている面積、即ち接合面積(図2Bで破線で例示している面積)の割合は、80%以上として配設されることが好ましい。パッケージ7の収容空間17は、大気圧よりも低い減圧雰囲気、または窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性気体雰囲気に気密封止されている。
(樹脂接着材18)
なお、構造体5をベース部10に接続する接合材としての樹脂接着材18は、硬化後の物性が加速度センサー素子20の特性に対して影響を与えるため、弾性率やガラス点移転などを好適に選定することが重要である。
なお、構造体5をベース部10に接続する接合材としての樹脂接着材18は、硬化後の物性が加速度センサー素子20の特性に対して影響を与えるため、弾性率やガラス点移転などを好適に選定することが重要である。
後段にて図4から図6Cを参照して説明する加速度センサー素子20は、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を備えている。ベース部10に接続されている加速度センサー素子20は、加熱や冷却などに起因した応力により、容器25に反りなどの変形が発生してしまう。このような容器25の反りに起因して、容器25の内部に接合されている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の電極間に発生する静電容量に変動を生じてしまい検出精度に影響を与えてしまう。
この検出精度の影響は、特に、図7に示すような、昇温時と降温時との各温度における出力特性(加速度が加わっていない状態での出力:0Gバイアスの温度特性)の復元性を示す、所謂温度ヒステリシスの悪化として顕著に出現する。なお、図7は、出力信号に係る温度ヒステリシスを説明するグラフであり、顕著な温度ヒステリシスを生じている例を示している。このグラフでは、縦軸に加速度出力を絶対値で示し、横軸に測定温度を示し、−40℃〜+85℃の範囲内において、昇温させたときの加速度出力信号と、降温させたとき加速度出力信号との変化を示している。ここで、温度ヒステリシスは、使用温度範囲内(−40℃〜+85℃)で、温度を昇温したときと降温したときの上げ下げしたときの信号の出力の差を示している。
本願発明者は、樹脂接着材18の硬化後の物性に着目し、鋭意、接合材に関する試験、評価、分析や確認作業を重ねた結果、硬化後の樹脂接着材18の弾性率(elastic modulus)の値を以下のような数値範囲とすることにより、例えば図8Aおよび図8Bに示すような温度ヒステリシスの改善効果を発揮させることができることを見出した。
図8Aおよび図8Bは、図9に示す接着材B(弾性率e=1.0GPa)を基準にして、温度ヒステリシスの改善効果について評価を行った結果である。図8Aは、温度ヒステリシスの改善効果を示す表である。図8Bは、温度ヒステリシスの改善効果を示すグラフであり、図8Aに示す表をグラフ化したものである。
図8Aおよび図8Bに示されているように、
a)樹脂接着材18の硬化後の弾性率をeとしたとき、2.0GPa<e<7.8GPaは、接着材Bの1GPaを基準として、ヒステリシスの値が50%以下になっている。
b)2.0GPa<e≦7.5GPaは、接着材Bの1GPaを基準として、ヒステリシスの値が50%以下になっている。
c)2.5GPa≦e≦7.0GPaは、接着材Bの1GPaを基準として、ヒステリシスの値が30%以下になっている。
d)3.4GPa≦e≦6.0GPaは、接着材Bの1GPaを基準として、ヒステリシスの値が25%以下になっている。
a)樹脂接着材18の硬化後の弾性率をeとしたとき、2.0GPa<e<7.8GPaは、接着材Bの1GPaを基準として、ヒステリシスの値が50%以下になっている。
b)2.0GPa<e≦7.5GPaは、接着材Bの1GPaを基準として、ヒステリシスの値が50%以下になっている。
c)2.5GPa≦e≦7.0GPaは、接着材Bの1GPaを基準として、ヒステリシスの値が30%以下になっている。
d)3.4GPa≦e≦6.0GPaは、接着材Bの1GPaを基準として、ヒステリシスの値が25%以下になっている。
上述のような結果から、弾性率eの小さな低弾性側は、熱による変形量が大きいため、樹脂接着材18自体の熱応答性(クリープなど)が特性悪化の要因となり、弾性率eの大きな高弾性側は被着体(パッケージ7と加速度センサー素子20)と接着材との接着部に過剰な応力が溜まり、接着部が破断して接着力が低下することが原因と考察した。これは接着力が低下すると電気的特性が悪化する(温度ヒステリシスが大きくなる)ことから検証されている。即ち、接着力が維持できていれば、弾性率eが高くても、ゼロGバイアス温度特性は、実用上問題にはならないことが判明した。
確認作業では、図9に示すように、硬化後の物性(弾性率eの異なる種々の接着材A〜Iを用いて加速度センサー素子20をパッケージ7に接着し、接着力、およびゼロGバイアス温度特性について評価した。接着材Aは、弾性率eが0.03と小さく、柔らかな硬化状態である。以降接着材Bから接着材Iに向かうに連れて、順次弾性率eが大きくなり、接着材Iは弾性率e=8を示している。なお、図9は、センサー素子に用いられる接合材の評価結果を示す一覧表である。
なお、図9に示す表中の評価結果は、全ての結果が問題なく使用可能である場合を「Good」、使用上安定しきれていない場合を「B/P(Barely passed)」、温度ヒステリシスや接着力に問題が有り使用不可である場合を「N/A(Not Acceptable)」として判定している。
図9に示すように、ゼロGバイアス温度特性の評価では、接着材A、接着材Bでは、使用に耐えることができないほどゼロGバイアス温度特性が劣化している(判定「N/A」)。また、接着材Cおよび接着材Iは、ゼロGバイアス温度特性が使用上安定しきれていない(判定「B/P」)と判断した。また、接着材D〜接着材Hは、全く問題なく使用可と判断した(判定「Good」)。
以上のような結果により、硬化後の樹脂接着材18を以下のような物性とすることにより、温度ヒステリシスを減少させることができる。
1)硬化後の樹脂接着材18の弾性率eは、2.0GPaよりも大きく、7.8GPa未満であることが好ましい。硬化後の樹脂接着材18の弾性率eを、このような値とすることにより、例えば物理量センサー1を回路基板(不図示)に実装したり、他の収容容器(不図示)に取り付けたりしたときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを低減させることができる。
2)さらに、硬化後の樹脂接着材18の弾性率eは、2.0GPaよりも大きく、7.5GPa以下とすることが更に好ましい。硬化後の樹脂接着材18の弾性率eを、このような値とすることにより、例えば物理量センサー1を回路基板(不図示)に実装したり、他の収容容器(不図示)に取り付けたりしたときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを、さらに低減させることができる。
3)さらに、硬化後の樹脂接着材18の弾性率eは、2.5GPa以上、7.0GPaを満たしていることが好ましい。硬化後の樹脂接着材18の弾性率eを、このような値とすることにより、例えば物理量センサー1を回路基板(不図示)に実装したり、他の収容容器(不図示)に取り付けたりしたときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを、さらに好適に低減させることができる。
4)また、硬化後の樹脂接着材18の弾性率eは、3.4GPa≦e≦6.0GPaを満たしていることが特に好ましい。硬化後の樹脂接着材18の弾性率eを、このような値とすることにより、例えば物理量センサー1を回路基板(不図示)に実装したり、他の収容容器(不図示)に取り付けたりしたときなどの熱処理に起因して生じる、温度ヒステリシスを、特に好適に低減させることができる。
5)また、樹脂接着材18のガラス転移温度(Tg)が、加速度センサー素子20の動作温度範囲外にあることが好ましい。樹脂接着材18のガラス転移温度(Tg)が、加速度センサー素子20の動作温度範囲外にあることにより、動作温度範囲内では、樹脂接着材18の物性に係る特異点が無いため、樹脂接着材18の物性変化が生じ難くなり、加速度センサー素子20の温度特性(温度ヒステリシス)を、更に安定化させることができる。
6)また、樹脂接着材18の厚さt(図2B参照)が、50μm未満であることが好ましい。樹脂接着材18の厚さを50μm未満とすることにより、熱処理などによって樹脂接着材18の物性変化が生じても、厚さの薄い樹脂接着材18では特性変化による応力などの発生が小さく、加速度センサー素子20の特性への影響を低減させることができる。
7)また、Z軸方向からの平面視で、加速度センサー素子20とパッケージ7(第1の基材11)とが重なる面積に対する樹脂接着材18の塗布されている面積、即ち接合面積(図2Bで破線で示す面積)の割合は、80%以上であることが好ましい。樹脂接着材18の接合面積は、大きければ大きい程、加速度センサー素子20のパッケージ7への接合状態が安定する。これにより、加速度センサー素子20の特性のばらつきを小さくすることができ、特に樹脂接着材18の接合面積の割合を80%以上とすることにより、加速度センサー素子20の特性を安定化することができる。
物理量センサー1の機能構成として、図3に示すように、加速度センサー素子20は、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のそれぞれの加速度を独立して検知することのできるX軸センサー部21xと、Y軸センサー部21yと、Z軸センサー部21zと、を含む。X軸センサー部21xおよびY軸センサー部21yは、X−Y平面方向の2軸(X軸方向およびY軸方向)の加速度を検知し、Z軸センサー部21zは、X−Y平面に直交するZ軸方向の加速度を検知し、静電容量の変化データを示す信号としてIC40に送信する。IC40は、信号処理部45と、出力部46とを含む。IC40は、加速度センサー素子20から送られた静電容量の変化を示す信号を、信号処理部45によってユーザーの使い易い形式、例えばバイアス方式に変換処理し、出力部46から加速度データとして出力する。
構造体5を構成する加速度センサー素子20およびIC40は、ボンディングワイヤー43によって電気的に接続されている。また、IC40は、ボンディングワイヤー42によってパッケージ7(第2の基材12の上面)に設けられている内部端子19に電気的に接続されている。なお、内部端子19、および外部端子16は、例えばタングステン(W)、モリブデン(Mo)等の金属配線材料を、所定の位置にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル(Ni)、金(Au)等のめっきを施す方法などによって形成することができる。
(加速度センサー素子20)
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(蓋部)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。
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(蓋部)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。
ベース基板22には上側に開口する凹部211,212,213が形成されている。これらのうち、凹部211は、その上方に配置されているX軸センサー部21xとベース基板22との接触を防止するための逃げ部として機能する。同様に、凹部212は、その上方に配置されているY軸センサー部21yとベース基板22との接触を防止するための逃げ部として機能する。また、凹部213は、その上方に配置されているZ軸センサー部21zとベース基板22との接触を防止するための逃げ部として機能する。
また、ベース基板22には上面に開口する凹部211a,211b,211c、凹部212a,212b,212cおよび凹部213a,213b,213cが形成されている。これらのうち、凹部211a,211b,211cは、凹部211の周囲に配置されており、これら凹部211a,211b,211c内にはX軸センサー部21x用の配線271,272,273が配置されている。また、凹部212a,212b,212cは、凹部212の周囲に配置されており、凹部212a,212b,212c内にはY軸センサー部21y用の配線281,282,283が配置されている。また、凹部213a,213b,213cは、凹部213の周囲に配置されており、凹部213a,213b,213c内にはZ軸センサー部21z用の配線291,292,293が配置されている。また、これら各配線271,272,273,281,282,283,291,292,293の端部は、容器25の外部に露出しており、露出した部分が接続端子29となっている。そして、この各接続端子29がボンディングワイヤー43を介してIC40の電極パッド(不図示)と電気的に接続されている。
このようなベース基板22は、例えば、アルカリ金属イオン(可動イオン)を含むガラス材料(例えば、パイレックス(登録商標)ガラスのような硼珪酸ガラス)から形成されている。これにより、シリコン基板から形成されている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をベース基板22に対して陽極接合により強固に接合することができる。また、ベース基板22に光透過性を付与することができるため、ベース基板22を介して容器25の内部を観察することができる。ただし、ベース基板22の構成材料としては、ガラス材料に限定されず、例えば、高抵抗なシリコン材料を用いることができる。この場合、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との接合は、例えば、直接接合、シロキサン結合、樹脂系接着材、ガラスペースト、金属層、等を介して行うことができる。
センサー部の一つであるX軸センサー部21xは、X軸方向の加速度を検出する部分である。このようなX軸センサー部21xは、図6Aに示すように、支持部611,612と、可動部62と、連結部631,632と、複数の第1固定電極指64と、複数の第2固定電極指65と、を有している。また、可動部62は、基部621と、基部621からY軸方向両側に突出している複数の可動電極指622と、を有している。このようなX軸センサー部21xは、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされたシリコン基板から形成され、導電性を有している。
支持部611,612は、ベース基板22の上面22fに陽極接合され、支持部611が導電性バンプ(不図示)を介して配線271と電気的に接続されている。そして、これら支持部611,612の間に可動部62が設けられている。可動部62は、連結部631,632を介して支持部611,612に連結されている。連結部631,632は、バネのようにX軸方向に弾性変形可能であるため、可動部62が支持部611,612に対して矢印aで示すようにX軸方向に変位可能となる。
複数の第1固定電極指64は、可動電極指622のX軸方向一方側に配置され、対応する可動電極指622に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなして並んでいる。このような複数の第1固定電極指64は、その基端部にてベース基板22の凹部211の上面に陽極接合され、導電性バンプB12を介して配線272に電気的に接続されている。
これに対して、複数の第2固定電極指65は、可動電極指622のX軸方向他方側に配置され、対応する可動電極指622に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなして並んでいる。このような複数の第2固定電極指65は、その基端部にて、ベース基板22の上面22fに陽極接合され、導電性バンプB13を介して配線273に電気的に接続されている。
このようなX軸センサー部21xを用いて、次のようにしてX軸方向の加速度を検知する。すなわち、X軸方向の加速度が加わると、その加速度の大きさに基づいて、可動部62が、連結部631,632を弾性変形させながら、X軸方向に変位する。当該変位に伴って、可動電極指622と第1固定電極指64との間の静電容量および可動電極指622と第2固定電極指65との間の静電容量の大きさがそれぞれ変化する。そして、当該静電容量の変化に基づいてIC40にて加速度が求められる。
センサー部の一つであるY軸センサー部21yは、Y軸方向の加速度を検出する部分である。このようなY軸センサー部21yは、平面視で90°回転した状態で配置されている以外は、X軸センサー部21xと同様の構成である。Y軸センサー部21yは、図6Bに示すように、支持部711,712と、可動部72と、連結部731,732と、複数の第1固定電極指74と、複数の第2固定電極指75と、を有している。また、可動部72は、基部721と、基部721からX軸方向両側に突出している複数の可動電極指722と、を有している。
支持部711,712は、ベース基板22の上面22fに陽極接合され、支持部711が導電性バンプ(不図示)を介して配線281と電気的に接続されている。そして、これら支持部711,712の間に可動部72が設けられている。可動部72は、連結部731,732を介して支持部711,712に連結されている。連結部731,732は、バネのようにY軸方向に弾性変形可能であるため、可動部72が支持部711,712に対して矢印bで示すようにY軸方向に変位可能となる。
複数の第1固定電極指74は、可動電極指722のY軸方向一方側に配置され、対応する可動電極指722に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなして並んでいる。このような複数の第1固定電極指74は、その基端部にてベース基板22の凹部212の上面に陽極接合され、導電性バンプB22を介して配線282に電気的に接続されている。
これに対して、複数の第2固定電極指75は、可動電極指722のY軸方向他方側に配置され、対応する可動電極指722に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなして並んでいる。このような複数の第2固定電極指75は、その基端部にて、ベース基板22の上面22fに陽極接合され、導電性バンプB23を介して配線283に電気的に接続されている。
このようなY軸センサー部21yを用いて、次のようにしてY軸方向の加速度を検知する。すなわち、Y軸方向の加速度が加わると、その加速度の大きさに基づいて、可動部72が、連結部731,732を弾性変形させながら、Y軸方向に変位する。当該変位に伴って、可動電極指722と第1固定電極指74との間の静電容量および可動電極指722と第2固定電極指75との間の静電容量の大きさがそれぞれ変化する。そして、当該静電容量の変化に基づいてIC40にて加速度が求められる。
センサー部の一つであるZ軸センサー部21zは、Z軸方向(鉛直方向)の加速度を検出する部分である。このようなZ軸センサー部21zは、図6Cに示すように、支持部811と、可動部82と、可動部82を支持部811に対して揺動可能に連結する一対の連結部831,832と、を有し、連結部831,832を軸Jとして、可動部82が支持部811に対してシーソー揺動する。このようなZ軸センサー部21zは、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされたシリコン基板から形成されている。
支持部811は、ベース基板22の上面22fに陽極接合され、支持部811が導電性バンプ(不図示)を介して配線291と電気的に接続されている。そして、支持部811のY軸方向の両側に可動部82が設けられている。可動部82は、軸Jよりも+Y方向側に位置する第1可動部821と、軸Jよりも−Y方向側に位置し、第1可動部821よりも大きい第2可動部822とを有している。第1可動部821および第2可動部822は、鉛直方向(Z軸方向)の加速度が加わったときの回転モーメントが異なっており、加速度に応じて可動部82に所定の傾きが生じるように設計されている。これにより、Z軸方向の加速度が生じると、可動部82が軸Jを回転軸としてシーソー揺動する。
また、凹部213の底面の第1可動部821と対向する位置には配線292に電気的に接続された第1検出電極(第1固定電極)211gが配置されており、第2可動部822と対向する位置には配線293に電気的に接続された第2検出電極(第2固定電極)211hが配置されている。そのため、第1可動部821と第1検出電極211gとの間に静電容量が形成され、第2可動部822と第2検出電極211hとの間に静電容量が形成されている。なお、第2可動部822と対向する位置にあって、第2検出電極211hよりも−Y軸側には、対向電極(第3固定電極)211iを設けることができる。なお、第1検出電極211g、第2検出電極211h、および対向電極211iは、例えば、ITO等の透明な導電性材料で構成されていることが好ましい。また、対向電極(第3固定電極)211iは、ダミー電極とすることができる。
このようなZ軸センサー部21zを用いて、次のようにしてZ軸方向の加速度を検出する。すなわち、Z軸方向の加速度が加わると、可動部82は、軸Jを回転軸としてシーソー揺動する。このような可動部82のシーソー揺動によって、第1可動部821と第1検出電極211gとの離間距離、および第2可動部822と第2検出電極211hとの離間距離が変化し、これに応じてこれらの間の静電容量が変化する。そして、当該静電容量の変化に基づいてIC40にて加速度が求められる。
キャップ部23は、図5に示すように、下面に開口する凹部223を有し、凹部223が凹部211,212,213とで内部空間S2を形成するようにベース基板22に接合されている。このようなキャップ部23は、本実施形態ではシリコン基板で形成されている。キャップ部23とベース基板22とはガラスフリット(低融点ガラス接着材)24を用いて気密に接合されている。なお、キャップ部23をベース基板22に接合した状態では、ベース基板22に形成されている凹部211a〜211c,212a〜212c,213a〜213cを介して内部空間S2の内外が連通されている。そのため、例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)を用いたCVD法等で形成されたSiO2膜(不図示)によって凹部211a〜211c,212a〜212c,213a〜213cを塞いでいる。また、キャップ部23には、凹部223から外部に貫通する段付きの封止孔27が設けられている。封止孔27は、内部空間S2を窒素(N2)雰囲気とした状態で、溶融金属26、例えば溶融させた金ゲルマニウム合金(AuGe)を用いて封止されている。
(IC40)
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)等を用いることができる。
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)等を用いることができる。
IC40には、例えば、加速度センサー素子20を駆動する駆動回路や、加速度センサー素子20からの信号に基づいてX軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の加速度を検出する検出回路(信号処理部45)や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路(出力部46)等が含まれている。また、IC40は、上面に複数の電極パッド(不図示)を有し、各電極パッドがボンディングワイヤー42を介して第2の基材12の内部端子19に電気的に接続され、各電極パッドがボンディングワイヤー43を介して加速度センサー素子20の接続端子29に電気的に接続されている。これにより、加速度センサー素子20を制御することができる。
以上説明した第1実施形態に係る物理量センサー1によれば、基板としてのパッケージ7に加速度センサー素子20を取り付けている接合材である樹脂接着材18の弾性率eを最適化し、上述したように1GPa以上、6GPa未満、もしくは1GPa以上、3GPa未満とすることにより、物理量センサー1を回路基板(不図示)やパッケージ(不図示)に取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、加速度データの出力信号に係る温度ヒステリシスを低減させることができる。
なお、上述した第1実施形態では、センサー素子としての加速度センサー素子20において、容器25内に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を収納した構成を一例に説明したが、加速度センサー素子は、必ずしも三つのセンサー部が収納されなくてもよく、用途に応じて必要な1軸、もしくは2軸を検出可能な加速度センサー素子とすることができる。以下、図10および図11を参照して、加速度センサー素子の応用例1および応用例2として説明する。
(応用例1)
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。
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。
応用例1に係る加速度センサー素子201は、図10に示すように、一つのセンサー部2xを有している。センサー部2xは、一つの軸方向の加速度を検出する部分である。このようなセンサー部2xは、図4および図6Aを示して説明したX軸センサー部21xの構成と同様の構成をなしている。したがって詳細な説明は省略する。そして、センサー部2xは、第1実施形態と同様な、ベース基板221およびキャップ部231を有する容器251に気密に収容されている。このような加速度センサー素子201では、一つの軸方向の加速度を検出することができる。
なお、加速度センサー素子201では、X軸センサー部21xと同様な構成のセンサー部2xを用いて説明したが、Y軸センサー部21y、もしくはZ軸センサー部21zと同様なセンサー部のいずれかが、容器251に気密に収容されている構成であってもよい。
(応用例2)
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、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。
応用例2に係る加速度センサー素子202は、図11に示すように、二つのセンサー部2x,2yを有している。センサー部2xは、一つの軸方向(本例ではX軸方向)の加速度を検出する部分である。このようなセンサー部2xは、図4および図6Aを示して説明したX軸センサー部21xの構成と同様の構成をなしている。また、センサー部2yは、一つの軸方向(本例ではY軸方向)の加速度を検出する部分である。このようなセンサー部2yは、図4および図6Bを示して説明したY軸センサー部21yの構成と同様の構成をなしている。したがって詳細な説明は省略する。そして、センサー部2xおよびセンサー部2yは、第1実施形態と同様な構成の、ベース基板222およびキャップ部232を有する容器252に気密に収容されている。このような加速度センサー素子202では、二つの軸方向(本例では、X軸方向およびY軸方向)の加速度を検出することができる。
なお、応用例2では、X軸方向およびY軸方向の2軸方向を検出可能な例を示したが、これに限らず、図4および図6Cを示して説明した構成のZ軸センサー部21zと同様なセンサー部と組み合わせた構成とすることができる。例えば、X軸方向とZ軸方向、もしくはY軸方向とZ軸方向の検出が可能な構成とすることができる。
また、応用例1および応用例2で示したような、1軸を検出可能な加速度センサー素子201、もしくは2軸を検出可能な加速度センサー素子202を収容した物理量センサーとすることができる。
<第2実施形態>
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、蓋体側である+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、蓋体側である+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。
図12に示すように、第2実施形態に係る物理量センサー1Aは、第1実施形態と同様に、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のそれぞれの加速度を独立して検知することのできる3軸加速度センサーとして利用可能である。このような物理量センサー1は、パッケージ7Aと、パッケージ7A内に収容された構造体5Aと、を有している。なお、構造体5Aは、回路素子としてのIC(integrated circuit)40A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、を含み、接着層41によってIC40Aの下面40rがパッケージ7Aの内側(収容空間17A)に接続されている。
(パッケージ7A)
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。
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。
パッケージ7Aは、中央部が除去された環状体である第2の基材12Aと第3の基材13Aとにより、構造体5Aを収容する凹部(キャビティー)が形成される。そして、パッケージ7Aは、これらの凹部(キャビティー)の開口が蓋体15によって塞がれることによって密閉空間である収容空間(内部空間)17Aが設けられ、この収容空間17Aに構造体5Aを収容することができる。このような収容空間17Aに、構造体5Aが収納されていることにより、コンパクトで高性能な物理量センサー1Aとすることができる。なお、第1の基材11Aや第2の基材12Aを含むベース部10Aに形成された配線パターンや電極パッド(端子電極)の一部は図示を省略してある。
第1の基材11A、第2の基材12A、第3の基材13A、および蓋体15の構成材料は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
また、第2の基材12Aの上面には複数の内部端子19Aが配置されており、第1の基材11Aの下面であるパッケージ7Aの外底面10rには複数の外部端子16が配置されている。また、各内部端子19Aは、ベース部10Aに形成された図示しない内部配線などを介して対応する外部端子16に電気的に接続されている。
(構造体5A)
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。即ち、第2実施形態では、IC40Aが、加速度センサー素子20が取り付けられている基板に相当する。
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。即ち、第2実施形態では、IC40Aが、加速度センサー素子20が取り付けられている基板に相当する。
なお、加速度センサー素子20をIC40Aに取り付ける樹脂接着材18は、硬化後の物性を第1実施形態と同様となるようにする。また、樹脂接着材18は、厚さやZ軸方向からの平面視での面積を、第1実施形態と同様とすることが好ましい。このような樹脂接着材18は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、物理量センサー1Aの機能構成、および加速度センサー素子20の構成は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
構造体5Aを構成する加速度センサー素子20およびIC40Aは、ボンディングワイヤー43Aによって電気的に接続されている。また、IC40Aは、ボンディングワイヤー42Aによってパッケージ7A(第2の基材12Aの上面)に設けられている内部端子19Aに電気的に接続されている。なお、内部端子19A、および外部端子16Aは、例えばタングステン(W)、モリブデン(Mo)等の金属配線材料を、所定の位置にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル(Ni)、金(Au)等のめっきを施す方法などによって形成することができる。
IC40Aには、例えば、加速度センサー素子20を駆動する駆動回路や、加速度センサー素子20からの信号に基づいてX軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の加速度を検出する検出回路(信号処理部45)や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路(出力部46)等が含まれている。また、IC40Aは、上面に複数の電極パッド(不図示)を有し、各電極パッドがボンディングワイヤー42Aを介して第2の基材12Aの内部端子19Aに電気的に接続され、各電極パッドがボンディングワイヤー43Aを介して加速度センサー素子20の接続端子29に電気的に接続されている。これにより、加速度センサー素子20を制御することができる。
以上説明した第2実施形態に係る物理量センサー1Aによれば、基板としてのIC40Aに加速度センサー素子20を取り付けている接合材である樹脂接着材18の弾性率eを第1実施形態と同様に最適化することにより、物理量センサー1Aを回路基板(不図示)やパッケージ(不図示)に取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、加速度データの出力信号に係る温度ヒステリシスを低減させることができる。
また、第1実施形態と同様に、樹脂接着材18のガラス転移温度(Tg)が、加速度センサー素子20の動作温度範囲外にあることが好ましい。このようにすれば、動作温度範囲内では、樹脂接着材18の物性に係る特異点が無いため、樹脂接着材18の物性変化が生じ難くなり、加速度センサー素子20の温度特性(温度ヒステリシス)を、更に安定化させることができる。
さらに、第1実施形態と同様に、樹脂接着材18の厚さt(図2B参照)が、50μm未満であることが好ましい。これにより、熱処理などによって樹脂接着材18の物性変化が生じても、厚さの薄い樹脂接着材18では特性変化による応力などの発生が小さく、加速度センサー素子20の特性への影響を低減させることができる。
<第3実施形態>
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では樹脂パッケージ透視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では樹脂パッケージ透視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。
図13Aおよび図13Bに示すように、第3実施形態に係る物理量センサー1Bは、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のそれぞれの加速度を独立して検知することのできる3軸加速度センサーと、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のそれぞれの角速度を独立して検知することのできる3軸角速度センサーとを加えた複合センサー(6軸センサー)として利用可能である。このような物理量センサー1Bは、ベース基板161と、ベース基板161上に配置されている回路素子としてのIC(integrated circuit)40Bと、IC40Bの上面に接合材としての樹脂接着材18Bを介して取り付けられているセンサー素子としての加速度センサー素子20Bおよび角速度センサー素子300Bと、それらの素子を覆う樹脂パッケージ162と、を有している。本実施形態では、IC40Bが、加速度センサー素子20Bおよび角速度センサー素子300Bが取り付けられている基板に相当する。
IC40Bは、例えば、加速度センサー素子20Bや角速度センサー素子300Bを駆動する駆動回路や、加速度センサー素子20Bからの信号に基づいてX軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の加速度を検出する検出回路、角速度センサー素子300Bからの信号に基づいてX軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の角速度を検出する検出回路、およびそれぞれの検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が含まれている。
また、IC40Bは、上面に複数の電極パッド145Bを有し、各電極パッド145Bがボンディングワイヤー164を介してベース基板161に設けられている接続端子165に電気的に接続されている。また、各電極パッド145Bがボンディングワイヤー167を介して加速度センサー素子20Bの接続端子29Bに電気的に接続されている。また、各電極パッド145Bがボンディングワイヤー168を介して角速度センサー素子300Bの端子310Bに電気的に接続されている。これらにより、IC40Bは、加速度センサー素子20Bや角速度センサー素子300Bを制御することができる。
なお、加速度センサー素子20Bおよび角速度センサー素子300BをIC40Bに取り付ける樹脂接着材18Bは、硬化後の物性が第1実施形態と同様となるようにする。また、樹脂接着材18Bは、厚さやZ軸方向からの平面視での面積を、第1実施形態と同様とすることが好ましい。このような樹脂接着材18Bは、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、加速度センサー素子20Bの構成は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、加速度センサー素子20Bは、必ずしも3軸方向の検出が可能な角速度センサー素子300Bに限らず、用途に応じて必要な2軸、もしくは1軸を検出可能な加速度センサー素子(図10に示す加速度センサー素子201または図11に示す加速度センサー素子202を参照)を用いることができる。
角速度センサー素子300Bは、容器内に収容された、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向のそれぞれの角速度を1軸ずつ検出する三つのセンサー部(不図示)を備えている。三つのセンサー部は、例えば水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いてもよいし、振動子としてセラミックやシリコンを用いたジャイロセンサーを用いてもよい。なお、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向のそれぞれの角速度を1軸ずつ検出する三つのセンサー部は、一つのセンサー部が容器に収容されている構成(後段にて図15A、図15Bを用いて説明する角速度センサー素子300)、もしくは三つのセンサー部は一つの容器に収容されている構成のいずれであってもよい。また、角速度センサー素子300Bは、必ずしも3軸に限らず、用途に応じて必要な2軸、もしくは1軸を検出可能な角速度センサー素子を用いることができる。
ベース基板161の下面には、複数の外部端子163が設けられている。複数の外部端子163は、外部端子163のそれぞれと対応し、ベース基板161の上面に設けられている接続端子165と図示しない内部配線などを介して電気的に接続されている。
以上説明した第3実施形態に係る物理量センサー1Bによれば、基板としてのIC40Bの上面に加速度センサー素子20Bを取り付けている樹脂接着材18B(接合材)の弾性率eを最適化することにより、物理量センサー1Bを回路基板(不図示)やパッケージ(不図示)に取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、加速度データの出力信号に係る温度ヒステリシスを低減させることができる。なお、角速度センサー素子300BもIC40Bの上面に樹脂接着材18Bによって取り付けられているため、樹脂接着材18Bの弾性率eを最適化することにより上述と同様の効果を奏することができる。また、加速度センサー素子20Bと角速度センサー素子300Bとを備えた複合慣性センサーを容易に構成することができ、加速度データに加えて、角速度データを取得することができる。
<第4実施形態>
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では樹脂パッケージを透視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。
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では樹脂パッケージを透視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。
図14Aおよび図14Bに示すように、第4実施形態に係る物理量センサー1Cは、第3実施形態と同様に、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のそれぞれの加速度を独立して検知することのできる3軸加速度センサーと、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のそれぞれの角速度を独立して検知することのできる3軸角速度センサーとを加えた6軸センサーとして利用可能である。
このような物理量センサー1Cは、フレーム171と、フレーム171上に配置されている回路素子としてのIC(integrated circuit)40Cと、Z軸方向からの平面視で、IC40CのX方向の両側に一つずつ配置されているセンサー素子としての加速度センサー素子20Cおよび角速度センサー素子300Cと、それらの構成部位を覆う樹脂パッケージ184と、を有している。なお、フレーム171は、図示しない接合部材を介して回路基板172に取り付けられている。また、加速度センサー素子20Cおよび角速度センサー素子300Cは、フレーム171の上面に、接合材としての樹脂接着材18Cを介して取り付けられている。また、IC40Cは、フレーム171の上面に、接着層41Cを介して取り付けられている。本実施形態では、フレーム171が、加速度センサー素子20Cおよび角速度センサー素子300Cが取り付けられている基板に相当する。
IC40Cは、例えば、加速度センサー素子20Cや角速度センサー素子300Cを駆動する駆動回路や、加速度センサー素子20Cからの信号に基づいてX軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の加速度を検出する検出回路、角速度センサー素子300Cからの信号に基づいてX軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の角速度を検出する検出回路、およびそれぞれの検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が含まれている。
また、IC40Cは、上面に複数の電極パッド(不図示)を有し、各電極パッドがボンディングワイヤー174,176を介して回路基板172に設けられている接続端子175,177に電気的に接続されている。また、他の各電極パッドがボンディングワイヤー179を介して加速度センサー素子20Cの端子178に電気的に接続されている。また、他の各電極パッドがボンディングワイヤー182を介して角速度センサー素子300Cの端子181に電気的に接続されている。これらにより、IC40Cは、加速度センサー素子20Cや角速度センサー素子300Cを制御することができる。
なお、加速度センサー素子20Cおよび角速度センサー素子300Cをフレーム171に取り付ける樹脂接着材18Cは、硬化後の物性が第1実施形態と同様となるようにする。また、樹脂接着材18Cは、厚さやZ軸方向からの平面視での面積を、第1実施形態と同様とすることが好ましい。このような樹脂接着材18Cは、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、加速度センサー素子20Cの構成は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、加速度センサー素子20Cは、必ずしも3軸方向の検出が可能な角速度センサー素子300Cに限らず、用途に応じて必要な2軸、もしくは1軸を検出可能な加速度センサー素子(図10に示す加速度センサー素子201または図11に示す加速度センサー素子202を参照)を用いることができる。
角速度センサー素子300Cは、容器内に収容された、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向のそれぞれの角速度を1軸ずつ検出する三つのセンサー部(不図示)を備えている。三つのセンサー部は、例えば水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いてもよいし、振動子としてセラミックやシリコンを用いたジャイロセンサーを用いてもよい。なお、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向のそれぞれの角速度を1軸ずつ検出する三つのセンサー部は、一つのセンサー部が容器に収容されている構成(後段にて図15A、図15Bを用いて説明する)であってもよく、もしくは三つのセンサー部は一つの容器に収容されている構成であってもよい。また、角速度センサー素子300Cは、必ずしも3軸に限らず、用途に応じて必要な2軸、もしくは1軸を検出可能な角速度センサー素子を用いることができる。
回路基板172の下面には、複数の外部端子185が設けられている。複数の外部端子185は、回路基板172の上面に設けられている接続端子175,177のそれぞれと対応し、図示しない内部配線などを介して電気的に接続されている。
以上説明した第4実施形態に係る物理量センサー1Cによれば、基板としてのフレーム171に加速度センサー素子20Cを取り付けている樹脂接着材18C(接合材)の弾性率eを最適化することにより、物理量センサー1Cを回路基板(不図示)やパッケージ(不図示)に取り付けるときなどの熱処理に起因して生じる、加速度データの出力信号に係る温度ヒステリシスを低減させることができる。なお、角速度センサー素子300Cもフレーム171に樹脂接着材18Cによって取り付けられているため、樹脂接着材18Cの弾性率eを最適化することにより上述と同様の効果を奏することができる。また、加速度センサー素子20Cと角速度センサー素子300Cとを備えた複合慣性センサーを容易に構成することができ、加速度データに加えて、角速度データを取得することができる。
(角速度センサー素子)
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。
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。
図15Aおよび図15Bに示す角速度センサー素子300は、ジャイロ素子342と、ジャイロ素子342を収納するパッケージ349とを有している。以下、ジャイロ素子342およびパッケージ349について順次詳細に説明する。
図15Aは、上側(リッド343側)から見たジャイロ素子342を示している。なお、ジャイロ素子342には、検出信号電極、検出信号配線、検出信号端子、検出接地電極、検出接地配線、検出接地端子、駆動信号電極、駆動信号配線、駆動信号端子、駆動接地電極、駆動接地配線および駆動接地端子などが設けられているが、同図においては省略している。
ジャイロ素子342は、z軸まわりの角速度を検出する「面外検出型」のセンサーであって、図示しないが、基材と、基材の表面に設けられている複数の電極、配線および端子とで構成されている。ジャイロ素子342は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料で構成することができるが、これらの中でも、水晶で構成するのが好ましい。これにより、優れた振動特性(周波数特性)を発揮することのできるジャイロ素子342が得られる。
このようなジャイロ素子342は、いわゆるダブルT型をなす振動体344と、振動体344を支持する支持部としての第1支持部351および第2支持部352と、振動体344と第1支持部351とを連結する第1連結梁371および第2連結梁372と、振動体344と第2支持部352とを連結する第3連結梁373および第4連結梁374とを有している。
振動体344は、xy平面に拡がりを有し、z軸方向に厚みを有している。このような振動体344は、中央に位置する基部410と、基部410からy軸方向に沿って両側に延出している第1検出振動腕421、第2検出振動腕422と、基部410からx軸方向に沿って両側に延出している第1連結腕431、第2連結腕432と、第1連結腕431の先端部からy軸方向に沿って両側に延出している第1駆動振動腕441、および第3駆動振動腕442と、第2連結腕432の先端部からy軸方向に沿って両側に延出している第2駆動振動腕443、および第4駆動振動腕444とを有している。
なお、第1駆動振動腕441、第3駆動振動腕442は、第1連結腕431の延在方向の途中から延出してもよく、同様に、第2駆動振動腕443、第4駆動振動腕444は、第2連結腕432の延在方向の途中から延出してもよい。また、本形態では、基部410から延出している第1連結腕431、第2連結腕432から第1駆動振動腕441、第3駆動振動腕442、第2駆動振動腕443、および第4駆動振動腕444が延出している構成で説明したが、基部410と第1連結腕431と第2連結腕432とを含めて基部とすることも可能である。即ち、基部から第1駆動振動腕、第2駆動振動腕、第3駆動振動腕、および第4駆動振動腕が延出している構成も可能である。
上述のような構成のジャイロ素子342は、次のようにしてz軸まわりの角速度ωを検出する。ジャイロ素子342は、角速度ωが加わらない状態において、駆動信号電極(図示せず)および駆動接地電極(図示せず)の間に電界が生じると、各駆動振動腕441,443,442,444がx軸方向に屈曲振動を行う。この駆動振動を行っている状態にて、ジャイロ素子342にz軸まわりに角速度が加わると、y軸方向の振動が発生する。即ち、駆動振動腕441,443,442,444および連結腕431,432にy軸方向のコリオリの力が働き、この振動に呼応して、検出振動腕421,422のx軸方向の検出振動が励起される。そして、この振動により発生した検出振動腕421,422の歪みを検出信号電極(図示せず)および検出接地電極(図示せず)が検出して角速度を求めることができる。
ジャイロ素子342を収容しているパッケージ349について説明する。パッケージ349は、ジャイロ素子342を収納するものである。なお、パッケージ349には、ジャイロ素子342の他に、ジャイロ素子342の駆動等を行うICチップ等が収納されていてもよい。このようなパッケージ349は、その平面視(xy平面視)にて、略矩形状をなしている。
パッケージ349は、上面に開放する凹部を有するベース341と、凹部の開口を塞ぐようにベースに接合されているリッド(蓋体)343とを有している。また、ベース341は、板状の底板361と、底板361の上面周縁部に設けられている枠状の側壁362とを有している。このようなパッケージ349は、その内側に収納空間を有しており、この収納空間内に、ジャイロ素子342が気密的に収納、設置されている。
ジャイロ素子342は、第1支持部351、第2支持部352にて、半田、導電性接着材(樹脂材料中に例えば銀の金属粒子などの導電性フィラーを分散させた接着材)などの導電性固定部材358を介して底板361の上面に固定されている。第1支持部351、第2支持部352は、ジャイロ素子342のy軸方向の両端部に位置するため、このような部分を底板361に固定することにより、ジャイロ素子342の振動体344が両持ち支持され、ジャイロ素子342を底板361に対して安定的に固定することができる。
また、導電性固定部材358は、第1支持部351、第2支持部352に設けられている2つの検出信号端子364、二つの検出接地端子354、駆動信号端子384および駆動接地端子394に対応(接触)して、かつ互いに離間して六つ設けられている。また、底板361の上面には、二つの検出信号端子364、二つの検出接地端子354、駆動信号端子384および駆動接地端子394に対応する六つの接続パッド350が設けられており、導電性固定部材358を介して、これら各接続パッド350とそれと対応するいずれかの端子とが電気的に接続されている。また、接続パッド350は、図示しない内部配線や貫通電極などを介して外部端子380に電気的に接続されている。
このような構成のジャイロ素子342によれば、必要とする1軸方向の角速度を効率よく且つ高精度に検出することができる。
(複合センサー)
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。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、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。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。
図16に示すように、複合センサー900は、上述したような加速度センサー素子20を含む物理量センサー1と、ジャイロ素子342を含む角速度センサー素子300と、を備えている。物理量センサー1は、上述したように三軸の加速度を計測することができる。角速度センサー素子300は、必要とする一軸方向の角速度を効率よく且つ高精度に検出することができる。なお、角速度センサー素子300は、三軸方向の角速度をそれぞれ測定するために、三つの角速度センサー素子300を備えることもできる。また、複合センサー900は、例えば、加速度センサー素子20を駆動する駆動回路や、加速度センサー素子20からの信号に基づいてX軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の加速度を検出する検出回路(信号処理部45)や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路(出力部46)等を含むIC40を備えることができる。
このような複合センサー900によれば、物理量センサー1と角速度センサー素子300とによって容易に複合センサー900を構成することができ、例えば加速度データや角速度データを取得することができる。
(慣性計測ユニット)
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。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、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。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。
図17に示すように、慣性計測ユニット3000は、アウターケース301、接合部材310、慣性センサー素子を含むセンサーモジュール325などから構成されている。換言すれば、アウターケース301の内部303に、接合部材310を介在させて、センサーモジュール325を篏合(挿入)した構成となっている。センサーモジュール325は、インナーケース320と、基板315とから構成されている。なお、説明を解り易くするために、部位名をアウターケース、インナーケースとしているが、第1ケース、第2ケースと呼び換えても良い。
アウターケース301は、アルミニウムを箱状に削り出した台座である。材質は、アルミニウムに限定するものではなく、亜鉛やステンレスなど他の金属や、樹脂、または、金属と樹脂の複合材などを用いても良い。アウターケース301の外形は、前述した慣性計測ユニット3000の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する2ヶ所の頂点近傍に、それぞれ通し孔(馬鹿孔)302が形成されている。なお、通し孔(馬鹿孔)302に限定するものではなく、例えば、ネジによりネジ止めすることが可能な切り欠き(通し孔(馬鹿孔)302の位置するアウターケース301のコーナー部に切り欠きを形成する構造)を形成してネジ止めする構成としてもよいし、あるいは、アウターケース301の側面にフランジ(耳)を形成して、フランジ部分をネジ止めする構成としても良い
アウターケース301は、外形が直方体で蓋のない箱状であり、その内部303(内側)は、底壁305と側壁304とで囲まれた内部空間(容器)となっている。換言すれば、アウターケース301は、底壁305と対向する一面を開口面とする箱状をなしており、その開口面の開口部のほとんどを覆うように(開口部を塞ぐように)センサーモジュール325が収納され、センサーモジュール325が開口部から露出した状態となる(不図示)。ここで、底壁305と対向する開口面とは、アウターケース301の上面307と同一面である。また、アウターケース301の内部303の平面形状は、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、面取りされた二つの頂点部分は通し孔(馬鹿孔)302の位置に対応している。また、内部303の断面形状(厚さ方向)において、底壁305には、内部303、即ち内部空間における周縁部に中央部よりも一段高い底壁としての第1接合面306が形成されている。即ち、第1接合面306は、底壁305の一部であり、平面的に底壁305の中央部を囲ってリング状に形成された一段の階段状の部位であり、底壁305よりも開口面(上面307と同一面)からの距離が小さい面である。
なお、アウターケース301の外形が、平面形状が略正方形の直方体で蓋のない箱状である一例について説明したが、これに限らず、アウターケース301の外形の平面形状は、例えば六角形や八角形などの多角形であってもよいし、その多角形の頂点部分の角が面取りされていたり、各辺が曲線である平面形状であったりしてもよい。また、アウターケース301の内部303(内側)の平面形状も、上述した六角形に限らず、正方形などの方形(四角形)や、八角形などの他の多角形状であってもよい。また、アウターケース301の外形と内部303の平面形状とは相似形であってもよいし、相似形でなくてもよい。
インナーケース320は、基板315を支持する部材であり、アウターケース301の内部303に収まる形状となっている。詳しくは、平面的には、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、その中に長方形の貫通穴である開口部321と、基板315を支持する側の面に設けられた凹部331とが形成されている。面取りされた二つの頂点部分はアウターケース301の通し孔(馬鹿孔)302の位置に対応している。厚さ方向(Z軸方向)の高さは、アウターケース301の上面307から第1接合面306までの高さよりも、低くなっている。好適例では、インナーケース320もアルミニウムを削り出して形成しているが、アウターケース301と同様に他の材質を用いても良い。
インナーケース320の裏面(アウターケース301側の面)には、基板315を位置決めするための案内ピンや、支持面(いずれも図示せず)が形成されている。基板315は、当該案内ピンや、支持面にセット(位置決め搭載)されてインナーケース320の裏面に接着される。なお、基板315の詳細については後述する。インナーケース320の裏面の周縁部は、リング状の平面からなる第2接合面322となっている。第2接合面322は、平面的にアウターケース301の第1接合面306と略同様な形状であり、インナーケース320をアウターケース301にセットした際には、接合部材310を挟持した状態で二つの面が向い合うことになる。なお、アウターケース301およびインナーケース320の構造については、一実施例であり、この構造に限定されるものではない。
図18を参照して、慣性センサーが実装された基板315の構成について説明する。図18に示すように、基板315は、複数のスルーホールが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板(ガラエポ基板)を用いている。なお、ガラエポ基板に限定するものではなく、複数の慣性センサーや、電子部品、コネクターなどを実装可能なリジット基板であれば良い。例えば、コンポジット基板や、セラミック基板を用いても良い。
基板315の表面(インナーケース320側の面)には、コネクター316、角速度センサー317z、加速度センサーとしての物理量センサー1などが実装されている。コネクター316は、プラグ型(オス)のコネクターであり、X軸方向に等ピッチで配置された二列の接続端子を備えている。好適には、一列10ピンで二列の合計20ピンの接続端子としているが、端子数は、設計仕様に応じて適宜変更しても良い。
慣性センサーとしての角速度センサー317zは、Z軸方向における1軸の角速度を検出するジャイロセンサーである。好適例として、水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いている。なお、振動ジャイロセンサーに限定するものではなく、角速度を検出可能なセンサーで有れば良い。例えば、振動子としてセラミックや、シリコンを用いたセンサーを用いても良い。
また、基板315のX軸方向の側面には、実装面(搭載面)がX軸と直交するように、X軸方向における1軸の角速度を検出する角速度センサー317xが実装されている。同様に、基板315のY軸方向の側面には、実装面(搭載面)がY軸と直交するように、Y軸方向における1軸の角速度を検出する角速度センサー317yが実装されている。
なお、角速度センサー317x,317y,317zは、前述にて図15Aおよび図15Bを参照して説明した角速度センサー素子300を用いることができる。また、軸ごとの三つの角速度センサーを用いる構成に限定するものではなく、3軸の角速度が検出可能なセンサーであれば良く、例えば、後述する物理量センサー1のように、一つのデバイス(パッケージ)で3軸の角速度が検出(検知)可能なセンサーデバイスを用いても良い。
第1実施形態で説明したと同様な物理量センサー1は、一つのデバイスでX軸、Y軸、Z軸の三方向(3軸)の加速度を検出(検知)可能な、例えばシリコン基板をMEMS技術で加工した静電容量型の加速度センサー素子20(例えば図5参照)を用い、樹脂接着材18(図2A参照)を用いてパッケージ7(図2A参照)に接合された構成を有している。なお、必要に応じて、X軸、Y軸の2軸方向の加速度を検出可能な加速度センサー素子202、もしくは1軸方向の加速度を検出可能な加速度センサー素子201を適用した物理量センサーとすることができる。
基板315の裏面(アウターケース301側の面)には、制御部としての制御IC319が実装されている。制御IC319は、MCU(Micro Controller Unit)であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、A/Dコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測ユニット3000の各部を制御する。記憶部には、加速度、および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板315には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
このような慣性計測ユニット3000によれば、パッケージ7(図2A参照)に樹脂接着材18(図2A参照)を介して接合された加速度センサー素子20を用いた第1実施形態の物理量センサー1を用いているため、慣性計測ユニット3000を実装する場合などの熱処理に起因して生じる、加速度データの出力における温度ヒステリシスを減少させることができる。したがって、信頼性を高めた慣性計測ユニット3000を提供することができる。
(携帯型電子機器)
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。
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。
腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)であるリスト機器1000は、図19に示すように、バンド32,37等によってユーザーの手首等の部位(被検体)に装着され、デジタル表示の表示部150を備えるとともに無線通信が可能である。上述した本発明に係る物理量センサー1は、加速度を測定するセンサーや角速度を計測するセンサーとしてリスト機器1000に組込まれている。
リスト機器1000は、少なくとも物理量センサー1が収容されているケース30と、ケース30に収容され、物理量センサー1からの出力データを処理する処理部100(図20参照)と、ケース30に収容されている表示部150と、ケース30の開口部を塞いでいる透光性カバー71と、を備えている。ケース30の透光性カバー71のケース30の外側には、ベゼル78が設けられている。ケース30の側面には、複数の操作ボタン80,81が設けられている。以下、図20も併せて参照しながら、さらに詳細に説明する。
物理量センサー1としての加速度センサー113は、互いに交差する(理想的には直交する)3軸方向の各々の加速度を検出し、検出した3軸加速度の大きさ、および向きに応じた信号(加速度信号)を出力する。また、角速度センサー114は、互いに交差する(理想的には直交する)3軸方向の各々の角速度を検出し、検出した3軸角速度の大きさ及び向きに応じた信号(角速度信号)を出力する。
表示部150を構成する液晶ディスプレイ(LCD)では、種々の検出モードに応じて、例えば、GPSセンサー110や地磁気センサー111を用いた位置情報、移動量や物理量センサー1に含まれる加速度センサー113や角速度センサー114などを用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー115などを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。なお、温度センサー116を用いた環境温度を表示することもできる。
通信部170は、ユーザー端末と図示しない情報端末との間の通信を成立させるための各種制御を行う。通信部170は、例えば、Bluetooth(登録商標)(BTLE:Bluetooth Low Energyを含む)、Wi−Fi(登録商標)(Wireless Fidelity)、Zigbee(登録商標)、NFC(Near field communication)、ANT+(登録商標)等の近距離無線通信規格に対応した送受信機や通信部170はUSB(Universal Serial Bus)等の通信バス規格に対応したコネクターを含んで構成される。
処理部100(プロセッサー)は、例えば、MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等により構成される。処理部100は、記憶部140に格納されたプログラムと、操作部120(例えば操作ボタン80,81)から入力された信号とに基づき、各種の処理を実行する。処理部100による処理には、GPSセンサー110、地磁気センサー111、圧力センサー112、加速度センサー113、角速度センサー114、脈拍センサー115、温度センサー116、計時部130の各出力信号に対するデータ処理、表示部150に画像を表示させる表示処理、音出力部160に音を出力させる音出力処理、通信部170を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー180からの電力を各部へ供給する電力制御処理などが含まれる。
このようなリスト機器1000では、少なくとも以下のような機能を有することができる。
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。
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。
なお、リスト機器1000は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、デュアスロンやトライアスロン等マルチスポーツ対応のランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、および衛星測位システム、例えばGPSを搭載したGPSウォッチ、等に広く適用できる。
また、上述では、衛星測位システムとしてGPS(Global Positioning System)を用いて説明したが、他の全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)を利用してもよい。例えば、EGNOS(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO、BeiDou(BeiDou Navigation Satellite System)、等の衛星測位システムのうち1又は2以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも1つにWAAS(Wide Area Augmentation System)、EGNOS(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)等の静止衛星型衛星航法補強システム(SBAS:Satellite-based Augmentation System)を利用してもよい。
このような携帯型電子機器は、物理量センサー1、および処理部100を備えているので、優れた信頼性を有している。
(電子機器)
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。
先ず、図21を参照して、電子機器の一例であるモバイル型のパーソナルコンピューターについて説明する。図21は、電子機器の一例であるモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を模式的に示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1108を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、加速度センサーとして機能する物理量センサー1が内蔵されており、物理量センサー1の検出データに基づいて制御部1110が、例えば姿勢制御などの制御を行なうことができる。
図22は、電子機器の一例であるスマートフォン(携帯型電話機)の構成を模式的に示す斜視図である。
この図において、スマートフォン1200は、上述した物理量センサー1が組込まれている。物理量センサー1によって検出された検出データ(加速度データ)は、スマートフォン1200の制御部1201に送信される。制御部1201は、CPU(Central Processing Unit)を含んで構成されており、受信した検出データからスマートフォン1200の姿勢や、挙動を認識して、表示部1208に表示されている表示画像を変化させたり、警告音や、効果音を鳴らしたり、振動モーターを駆動して本体を振動させることができる。換言すれば、スマートフォン1200のモーションセンシングを行い、計測された姿勢や、挙動から、表示内容を変えたり、音や、振動などを発生させたりすることができる。特に、ゲームのアプリケーションを実行する場合には、現実に近い臨場感を味わうことができる。
図23は、電子機器の一例であるディジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ディジタルスチールカメラ1300のケース(ボディー)1302の背面には、表示部1310が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1310は、被写体を電子画像として表示するファインダーとしても機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部1310に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このディジタルスチールカメラ1300では、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなディジタルスチールカメラ1300には、加速度センサーとして機能する物理量センサー1が内蔵されており、物理量センサー1の検出データに基づいて制御部1316が、例えば手振れ補正などの制御を行なうことができる。
このような電子機器は、物理量センサー1、および制御部1110,1201,1316を備えているので、優れた信頼性を有している。
なお、物理量センサー1を備える電子機器は、図21のパーソナルコンピューター、図22のスマートフォン(携帯電話機)、図23のディジタルスチールカメラの他にも、例えば、タブレット端末、時計、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター、地震計、歩数計、傾斜計、ハードディスクの振動を計測する振動計、ロボットやドローンなど飛行体の姿勢制御装置、自動車の自動運転用慣性航法に使用される制御機器等に適用することができる。
(移動体)
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。
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。
図24に示すように、自動車1500には物理量センサー1が内蔵されており、例えば、物理量センサー1によって車体1501の姿勢を検出することができる。物理量センサー1の検出信号は、車体の姿勢を制御する姿勢制御部としての車体姿勢制御装置1502に供給され、車体姿勢制御装置1502は、その信号に基づいて車体1501の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪1503のブレーキを制御したりすることができる。また、物理量センサー1は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、自動運転用慣性航法の制御機器、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
また、移動体に適用される物理量センサー1は、上記の例示の他にも、例えば、二足歩行ロボットや電車などの姿勢制御、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター、およびドローンなどの遠隔操縦あるいは自律式の飛行体の姿勢制御、農業機械(農機)、もしくは建設機械(建機)などの姿勢制御において利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量センサー1、およびそれぞれの制御部(不図示)が組み込まれる。
このような移動体は、物理量センサー1、および制御部(不図示)を備えているので、優れた信頼性を有している。
以上、物理量センサー、慣性計測システム、電子機器、および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前述した実施形態では、加速度センサー素子が三つのセンサー部を有している構成について説明したが、センサー部の数としては、これに限定されず、一つまたは二つであってもよいし、四つ以上であってもよい。また、前述した実施形態では、物理量センサーのセンサー素子として加速度センサー素子を用いているが、物理量センサーとしては、加速度センサー素子に限定されず、例えば、圧力センサー素子であってもよいし、角速度センサー素子であってもよい。また、例えば、加速度および角速度等の異なる物理量を同時に検出することのできる複合センサーであってもよい。
1,1A,1B,1C…物理量センサー、5…構造体、7…パッケージ、10…ベース部、11…第1の基材、12…第2の基材、13…第3の基材、14…封止部材、15…蓋体、16…外部端子、17…収容空間、18…接合材としての樹脂接着材、19…内部端子、20…センサー素子としての加速度センサー素子、20r…下面、21x…X軸センサー部、21y…Y軸センサー部、21z…Z軸センサー部、22…ベース基板、22f…上面、23…キャップ部、24…ガラスフリット、25…容器、26…溶融金属、27…封止孔、29…接続端子、40…回路素子としてのIC、41…接着層、42,43…ボンディングワイヤー、45…信号処理部、46…出力部、211,212,213…凹部、211g…第1検出電極、211h…第2検出電極、223…凹部、291…配線、300…角速度センサー素子、1100…パーソナルコンピューター、1200…スマートフォン(携帯電話機)、1300…ディジタルスチールカメラ、1500…自動車、3000…慣性計測ユニット、S2…収容空間、a,b…矢印。
Claims (28)
- センサー素子と、
接合材を用いて前記センサー素子が取り付けられている基板と、を含み、
前記接合材の弾性率をeとしたとき、
2.0GPa<e<7.8GPa
を満たしている、物理量センサー。 - 請求項1において、
前記接合材の弾性率は、
2.0GPa<e≦7.5GPa
を満たしている、物理量センサー。 - 請求項2において、
2.5GPa≦e≦7.0GPa
を満たしている、物理量センサー。 - 請求項3において、
3.4GPa≦e≦6.0GPa
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、
前記接合材のガラス転移温度が、前記センサー素子の動作温度範囲外にある、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、
前記接合材の厚さが、50μm未満である、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、
前記センサー素子と前記基板との取り付け方向に沿った方向からの平面視で、
前記センサー素子と前記基板とが重なる面積に対する前記接合材の接合面積の割合は、80%以上である、物理量センサー。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか一項において、
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8において、
前記回路素子は、前記センサー素子の前記基板の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8または請求項9において、
前記基板と収容空間を構成するように前記基板に接合されている蓋体を含み、
前記センサー素子と前記回路素子は、前記収容空間に収容されている、物理量センサー。 - 請求項1ないし請求項10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11において、
ベース基板は、シリコン材料またはガラス材料で構成されている、物理量センサー。 - 請求項11または請求項12において、
前記センサー部は、シリコン材料で構成されている、物理量センサー。 - 請求項11ないし請求項13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14のいずれか一項において、
前記基板は、セラミック、ガラス、シリコン、樹脂、および金属のいずれかで構成されている、物理量センサー。 - センサー素子と、
前記センサー素子と電気的に接続されている回路素子と、
前記回路素子が取り付けられている基板と、
を含み、
前記センサー素子は、前記回路素子の前記基板の側とは反対側の面に、接合材を用いて取り付けられ、
前記接合材の弾性率をeとしたとき、
2.0GPa<e<7.8GPa
を満たしている、物理量センサー。 - 請求項16において、
2.0GPa<e≦7.5GPa
を満たしている、物理量センサー。 - 請求項17において、
2.5GPa≦e≦7.0GPa
を満たしている、物理量センサー。 - 請求項18において、
3.4GPa≦e≦6.0GPa
を満たしている、物理量センサー。 - 請求項16ないし請求項19のいずれか一項において、
前記接合材のガラス転移温度が、前記センサー素子の動作温度範囲外にある、物理量センサー。 - 請求項16ないし請求項20のいずれか一項において、
前記接合材の厚さが、50μm未満である、物理量センサー。 - 請求項16ないし請求項21のいずれか一項において、
前記基板は、セラミック、ガラス、シリコン、樹脂、および金属のいず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22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23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23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23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23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23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の制御を行う姿勢制御部と、
を備えている、移動体。
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