JP2019045168A - Physical quantity sensor, inertia measurement device, mobile object positioning device, electronic device, and mobile object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、電子機器、および移動体に関する。 The present invention relates to a physical quantity sensor, an inertial measurement device, a moving body positioning device, an electronic apparatus, and a moving body.
近年、物理量を検出する物理量センサーとして、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センサー素子を有し、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センサーが提案されている。 In recent years, as a physical quantity sensor for detecting a physical quantity, a sensor element having a movable electrode and a fixed electrode arranged in a comb-like shape and facing each other is detected, and the physical quantity is detected based on the capacitance between these two electrodes. Capacitance type sensors have been proposed.
このようなセンサーとしては、例えば、特許文献1には、センサー素子として櫛歯状の可動電極指と固定電極指とが間隙を有して対向するように配置されているMEMS(Micro Electro Mechanical System)センサーが記載されている。また、特許文献2には、櫛歯状の可動電極指と固定電極指とが間隙を有して対向するように配置されているセンサー素子を備えている加速度センサーが記載されている。また、特許文献3には、センサー素子として櫛歯状の可動電極指と固定電極指とが間隙を有して対向するように配置されている力学量センサーが記載されている。
As such a sensor, for example,
しかしながら、上述のような物理量センサーをパッケージや基板などに接着材などの接合部材を用いて接合(マウント)したとき、接合部材の応力(マウント応力)によってセンサー素子に反りが発生し、この反りに起因して櫛歯状に配置されている電極指が変形し、可動電極指と固定電極指との間のギャップが変化してしまうことにより、検出された静電容量に不要な変動が生じ、検出精度が低下してしまうという問題があった。 However, when the physical quantity sensor as described above is bonded (mounted) to a package or substrate using a bonding member such as an adhesive, the sensor element warps due to the stress of the bonding member (mount stress). As a result, the electrode fingers arranged in a comb-tooth shape are deformed, and the gap between the movable electrode finger and the fixed electrode finger changes, resulting in unnecessary fluctuations in the detected capacitance, There was a problem that the detection accuracy was lowered.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る物理量センサーは、長手方向が第1の方向に沿っている櫛歯状の固定電極指、および長手方向が第1の方向に沿い、前記第1の方向と直交する前記第2の方向に前記固定電極指と間隙を介して対向している櫛歯状の可動電極指を含むセンサー素子と、前記センサー素子が収容されている容器と、前記容器が接合されている基体と、を含み、前記第1の方向および前記第2の方向を含む面と並行な前記容器の外側の面が、前記第1の方向に沿って帯状に設けられている接合材によって前記基体に接合されている。 [Application Example 1] A physical quantity sensor according to this application example includes a comb-shaped fixed electrode finger whose longitudinal direction is along the first direction, and the longitudinal direction is along the first direction. A sensor element including a comb-like movable electrode finger facing the fixed electrode finger with a gap in the second direction orthogonal to each other, a container containing the sensor element, and the container are joined. An outer surface of the container parallel to the surface including the first direction and the second direction is provided by a bonding material provided in a band shape along the first direction. Bonded to the substrate.
本適用例に係る物理量センサーによれば、容器を基体に接合する接合材が第2の方向に沿って帯状に設けられているため、接合材の接合応力は第2の方向に強く作用するので容器は第2の方向に大きく変形し、第1の方向の変形は小さくなる。センサー素子の固定電極指および可動電極指は、長手方向が第1の方向に沿って櫛歯状に配列されているため、第1の方向の二つの電極間のギャップの変化による静電容量の変化を検出して物理量を検出するが、第2の方向に沿って帯状に設けられている接合材の接合応力による容器の変形は、第2の方向に大きく変形し、第1の方向の変形は小さいため、ギャップの変化による静電容量の変化に対する影響を受け難くなる。したがって、接合材の応力による容器の変形によって、検出された静電容量に生じる不要な変動に起因する検出精度の低下を低減することができる。 According to the physical quantity sensor according to this application example, since the bonding material for bonding the container to the base is provided in a band shape along the second direction, the bonding stress of the bonding material acts strongly in the second direction. The container is greatly deformed in the second direction, and the deformation in the first direction is small. Since the fixed electrode finger and the movable electrode finger of the sensor element are arranged in a comb shape along the first direction in the longitudinal direction, the capacitance due to the change in the gap between the two electrodes in the first direction is reduced. The physical quantity is detected by detecting the change, but the deformation of the container due to the bonding stress of the bonding material provided in a strip shape along the second direction is greatly deformed in the second direction, and the deformation in the first direction. Is small, and is less susceptible to the change in capacitance due to the change in gap. Therefore, it is possible to reduce a decrease in detection accuracy due to unnecessary fluctuations that occur in the detected capacitance due to deformation of the container due to the stress of the bonding material.
[適用例2]本適用例に係る物理量センサーは、長手方向が第2の方向に沿っている櫛歯状の第1の固定電極指、および長手方向が前記第2の方向に沿い、前記第2の方向と直交する第1の方向に前記第1の固定電極指と間隙を介して対向している櫛歯状の第1の可動電極指を含む第1のセンサー素子と、長手方向が前記第1の方向に沿っている櫛歯状の第2の固定電極指、および長手方向が前記第1の方向に沿い、前記第2の方向に前記第2の固定電極指と間隙を介して対向している櫛歯状の第2の可動電極指を含む第2のセンサー素子と、前記第1のセンサー素子、および前記第2のセンサー素子が収容されている容器と、前記容器が接合されている基体と、を含み、前記第1の方向および前記第2の方向とを含む面と並行な前記容器の外側の面が、前記外側の面の法線方向からの平面視で、前記第2のセンサー素子の輪郭の外側に位置し、且つ前記第2の方向に沿って帯状に設けられている接合材によって前記基体に接合されている。 Application Example 2 In the physical quantity sensor according to this application example, the comb-shaped first fixed electrode fingers whose longitudinal direction is along the second direction, the longitudinal direction is along the second direction, and the first sensor A first sensor element including a comb-shaped first movable electrode finger facing the first fixed electrode finger via a gap in a first direction orthogonal to the direction of 2; Comb-shaped second fixed electrode fingers along the first direction, and the longitudinal direction is along the first direction, facing the second fixed electrode fingers with a gap in the second direction A second sensor element including a comb-shaped second movable electrode finger, a container containing the first sensor element and the second sensor element, and the container joined together A substrate that is parallel to a plane that includes the first direction and the second direction. Bonding material in which the side surface is located outside the outline of the second sensor element in a plan view from the normal direction of the outer surface and is provided in a strip shape along the second direction Is bonded to the substrate.
本適用例に係る物理量センサーによれば、容器を基体に接合する接合材が、容器の外側の面の法線方向からの平面視で、第2のセンサー素子の輪郭の外側に位置し、且つ第2の方向に沿って帯状に設けられているため、接合材の接合応力は第2の方向に強く作用することになり、容器は第2の方向に大きく変形し、第1の方向の変形は小さい。したがって、長手方向が第2の方向に沿って櫛歯状に第2の固定電極指や第2の可動電極指が配列されている第2のセンサー素子は、第2の方向の変形による静電容量の変化の影響を大きく受けることになるが、接合材が第2のセンサー素子の輪郭の外側に位置するため、第2のセンサー素子は容器の変形領域から外れることになり、静電容量の変化の影響を小さくすることができる。また、長手方向が第1の方向に沿って櫛歯状に第1の固定電極指や第1の可動電極指が配列されている第1のセンサー素子は、容器の変形の小さな第1の方向の静電容量の変化を検出するため、影響を受け難い。これらにより、異なる方向の物理量を検出する二つのセンサー素子(第1のセンサー素子および第2のセンサー素子)を備えていても、接合材の応力による容器の変形によって、検出された静電容量に生じる不要な変動に起因する検出精度の低下を低減することができる。 According to the physical quantity sensor according to this application example, the bonding material for bonding the container to the base body is located outside the outline of the second sensor element in a plan view from the normal direction of the outer surface of the container, and Since it is provided in a strip shape along the second direction, the bonding stress of the bonding material acts strongly in the second direction, and the container is greatly deformed in the second direction and deformed in the first direction. Is small. Therefore, the second sensor element in which the second fixed electrode fingers and the second movable electrode fingers are arranged in a comb-teeth shape in the longitudinal direction along the second direction has an electrostatic capacity caused by deformation in the second direction. Although it is greatly affected by the change in capacitance, since the bonding material is located outside the contour of the second sensor element, the second sensor element is out of the deformation region of the container, and the capacitance The influence of change can be reduced. Further, the first sensor element in which the first fixed electrode fingers and the first movable electrode fingers are arranged in a comb-teeth shape along the first direction is the first direction in which the deformation of the container is small. Because it detects changes in the capacitance of the device, it is difficult to be affected. As a result, even if two sensor elements (first sensor element and second sensor element) for detecting physical quantities in different directions are provided, the detected capacitance can be reduced by deformation of the container due to the stress of the bonding material. It is possible to reduce a decrease in detection accuracy caused by unnecessary fluctuations that occur.
[適用例3]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記第1のセンサー素子、および前記第2のセンサー素子は、前記第1の方向、または前記第2の方向に沿って並んで配置されていることが好ましい。 Application Example 3 In the physical quantity sensor according to the application example described above, the first sensor element and the second sensor element are arranged side by side along the first direction or the second direction. It is preferable.
本適用例によれば、第1のセンサー素子、および第2のセンサー素子の配置を効率よく行うことができ、容器の外形形状を小型にすることができる。 According to this application example, the first sensor element and the second sensor element can be efficiently arranged, and the outer shape of the container can be reduced in size.
[適用例4]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記接合材は、接着剤または粘着剤であることが好ましい。 Application Example 4 In the physical quantity sensor described in the application example, it is preferable that the bonding material is an adhesive or a pressure-sensitive adhesive.
本適用例によれば、容器と基体との接合を入手の容易な接着剤または粘着剤によって行なうことができる。 According to this application example, the container and the base can be joined with an easily available adhesive or pressure-sensitive adhesive.
[適用例5]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、ベース基板を含み、前記第1のセンサー素子は、前記ベース基板に取り付けられている第1の支持部および第2の支持部と、平面視で、前記第1の支持部と前記第2の支持部との間に配置されている第1の可動部と、前記第1の可動部の一方側と前記第1の支持部とが連結されている第1の連結部と、前記第1の可動部の他方側と前記第2の支持部とが連結されている第2の連結部と、を含み、前記第1の可動部は、平面視で、前記第1の連結部と前記第2の連結部の間に配置されている第1の基部を含み、前記櫛歯状の第1の可動電極指は、前記第1の基部に設けられ、前記櫛歯状の第1の固定電極指は、前記ベース基板に固定され、前記第2のセンサー素子は、前記ベース基板に取り付けられている第3の支持部及び第4の支持部と、平面視で、前記第3の支持部と前記第4の支持部の間に配置されている第2の可動部と、前記第2の可動部の一方側と前記第3の支持部とが連結されている第3の連結部と、前記第2の可動部の他方側と前記第4の支持部とが連結されている第4の連結部と、を含み、前記第2の可動部は、平面視で、前記第3の連結部と前記第4の連結部の間に配置されている第2の基部を含み、前記櫛歯状の第2の可動電極指は、前記第2の基部に設けられ、前記櫛歯状の第2の固定電極指は、前記ベース基板に固定されていることが好ましい。 Application Example 5 In the physical quantity sensor according to the application example described above, the first sensor element includes a base substrate, and the first sensor element includes a first support portion and a second support portion attached to the base substrate, and a planar surface. In view, the first movable part disposed between the first support part and the second support part, and one side of the first movable part and the first support part are connected to each other A first connecting part, a second connecting part to which the other side of the first movable part and the second support part are connected, and the first movable part includes: The first movable electrode finger having a comb shape includes a first base portion disposed between the first connection portion and the second connection portion in a plan view, The comb-shaped first fixed electrode fingers are fixed to the base substrate, and the second sensor element is the base substrate The third support portion and the fourth support portion that are attached, the second movable portion that is disposed between the third support portion and the fourth support portion in plan view, and the first support portion. A third connecting portion in which one side of the second movable portion and the third supporting portion are connected, and a second connecting portion in which the other side of the second movable portion and the fourth supporting portion are connected. 4, and the second movable portion includes a second base portion disposed between the third connection portion and the fourth connection portion in plan view, and the comb The tooth-shaped second movable electrode finger is preferably provided on the second base, and the comb-shaped second fixed electrode finger is preferably fixed to the base substrate.
本適用例によれば、第1のセンサー素子は、二つの支持部である第1の支持部および第2の支持部に、第1の連結部および第2の連結部を介して第1の基部を含む第1の可動部が連結されている。また、第2のセンサー素子は、二つの支持部である第3の支持部および第4の支持部に、第3の連結部および第4の連結部を介して第2の基部を含む第2の可動部が連結されている。このような構成により、第1の基部に設けられている櫛歯状の第1の可動電極指および第2の基部に設けられている第2の可動電極指は、二つの固定部の間において安定的に変位することができる。 According to this application example, the first sensor element is connected to the first support portion and the second support portion, which are two support portions, via the first connection portion and the second connection portion. The 1st movable part containing a base is connected. In addition, the second sensor element includes a second base portion in the third support portion and the fourth support portion, which are two support portions, via the third connection portion and the fourth connection portion. The movable parts are connected. With such a configuration, the comb-shaped first movable electrode finger provided on the first base and the second movable electrode finger provided on the second base are located between the two fixed portions. It can be displaced stably.
[適用例6]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記容器の外側の面を含むベース基板は、ガラスであることが好ましい。 Application Example 6 In the physical quantity sensor according to the application example described above, the base substrate including the outer surface of the container is preferably glass.
本適用例によれば、第1のセンサー素子、および前記第2のセンサー素子を含むセンサー素子と基体との接合を、例えば陽極接合などで強固に行なうことができる。また、基板に光透過性を付与することができるため、基板を介して容器の内部を観察することができる。 According to this application example, the first sensor element and the sensor element including the second sensor element and the substrate can be firmly bonded to each other by, for example, anodic bonding. Moreover, since the light transmittance can be imparted to the substrate, the inside of the container can be observed through the substrate.
[適用例7]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記容器の前記外側の面に設けられている金属電極と、前記基体に設けられている金属層と、を備え、前記容器および前記基体は、前記金属電極と前記金属層との少なくともいずれかを前記接合材として接合されていることが好ましい。 Application Example 7 In the physical quantity sensor according to the application example, the physical quantity sensor includes a metal electrode provided on the outer surface of the container and a metal layer provided on the base, and the container and the base Are preferably bonded using at least one of the metal electrode and the metal layer as the bonding material.
本適用例によれば、容器と基板の接合において、金属電極と金属層との少なくともいずれかを接合材として、例えばフリップチップボンディングなどの接合法を用いることができる。 According to this application example, in the bonding of the container and the substrate, for example, a bonding method such as flip chip bonding can be used with at least one of the metal electrode and the metal layer as a bonding material.
[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、前記第1のセンサー素子、および前記第2のセンサー素子を制御する処理回路を備えていることが好ましい。 Application Example 8 The physical quantity sensor described in the application example described above preferably includes a processing circuit that controls the sensor element, the first sensor element, and the second sensor element.
本適用例によれば、センサー素子、第1のセンサー素子、および第2のセンサー素子を制御する処理回路によって、接合材の応力による容器の変形によって生じる物理量の検出精度の低下を防止した検出信号を出力することができる。 According to this application example, the detection signal in which the processing circuit that controls the sensor element, the first sensor element, and the second sensor element prevents a decrease in the detection accuracy of the physical quantity caused by the deformation of the container due to the stress of the bonding material. Can be output.
[適用例9]本適用例に係る慣性計測装置は、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。 Application Example 9 An inertial measurement apparatus according to this application example includes the physical quantity sensor described in the application example, an angular velocity sensor, and a control unit that controls the physical quantity sensor and the angular velocity sensor.
本適用例に係る慣性計測装置によれば、接合材の応力による容器の変形によって生じる物理量の検出精度の低下を防止した物理量センサーにより、高信頼の物理量データを通信可能な慣性計測装置を提供することができる。 According to the inertial measurement device according to this application example, an inertial measurement device capable of communicating highly reliable physical quantity data with a physical quantity sensor that prevents a decrease in detection accuracy of a physical quantity caused by deformation of a container due to stress of a bonding material is provided. be able to.
[適用例10]本適用例に係る移動体測位装置は、上記適用例に記載の慣性計測装置と、測位用衛星から、位置情報が重畳された衛星信号を受信する受信部と、受信した前記衛星信号に基づいて、前記受信部の位置情報を取得する取得部と、前記慣性計測装置から出力された慣性データに基づいて、姿勢を演算する演算部と、算出された前記姿勢に基づいて前記位置情報を補正することにより、移動体の位置を算出する算出部と、を備えている。 Application Example 10 A mobile positioning device according to this application example includes the inertial measurement device according to the application example described above, a receiving unit that receives a satellite signal on which position information is superimposed from a positioning satellite, and the received receiving device. Based on a satellite signal, an acquisition unit that acquires position information of the reception unit, a calculation unit that calculates an attitude based on inertia data output from the inertial measurement device, and the calculation unit based on the calculated attitude And a calculating unit that calculates the position of the moving body by correcting the position information.
本適用例に係る移動体測位装置によれば、受信部が受信した衛星信号から取得した当該受信部の位置情報を、慣性計測装置から出力された慣性データに基づいて算出された姿勢に基づいて補正することによって移動体の位置を求めるため、移動体が傾斜しているなどの、より実際の状態に近い移動体の位置を求めることができる。 According to the mobile positioning device according to this application example, the position information of the receiving unit acquired from the satellite signal received by the receiving unit is based on the attitude calculated based on the inertial data output from the inertial measuring device. Since the position of the moving body is obtained by correction, the position of the moving body closer to the actual state, such as the moving body being inclined, can be obtained.
[適用例11]本適用例に係る携帯型電子機器は、上記適用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。 Application Example 11 A portable electronic device according to this application example includes the physical quantity sensor according to the application example described above, a case in which the physical quantity sensor is accommodated, and output data from the physical quantity sensor that is accommodated in the case. And a display unit housed in the case, and a translucent cover that closes the opening of the case.
本適用例によれば、接合材の応力による容器の変形によって生じる物理量の検出精度の低下を防止し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。 According to this application example, a highly reliable portable electronic device that further enhances the reliability of control by using the output data of the physical quantity sensor that prevents the deterioration of the physical quantity detection accuracy caused by the deformation of the container due to the stress of the bonding material. Can be provided.
[適用例12]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。 Application Example 12 An electronic apparatus according to this application example includes the physical quantity sensor according to any one of the application examples described above, and a control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor. Yes.
本適用例によれば、接合材の応力による容器の変形によって生じる物理量の検出精度の低下を防止し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。 According to this application example, it is possible to provide a highly reliable electronic device that further enhances control reliability by a detection signal of a physical quantity sensor that prevents a decrease in detection accuracy of a physical quantity caused by deformation of a container due to stress of a bonding material. be able to.
[適用例13]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。 Application Example 13 A moving body according to this application example includes the physical quantity sensor according to any one of the application examples described above, an attitude control unit that performs attitude control based on a detection signal output from the physical quantity sensor, It has.
本適用例によれば、接合材の応力による容器の変形によって生じる物理量の検出精度の低下を防止し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。 According to this application example, a highly reliable moving body is provided in which the reliability of posture control is further improved by the detection signal of the physical quantity sensor which prevents the detection accuracy of the physical quantity caused by the deformation of the container due to the stress of the bonding material. can do.
以下、本発明に係る物理量センサー、慣性計測ユニット、移動体測位装置、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。 Hereinafter, a physical quantity sensor, an inertial measurement unit, a mobile body positioning device, an electronic device, and a mobile body according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, all the configurations described in the present embodiment are not necessarily essential configuration requirements of the invention.
<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図1のA−A断面図である。図2Bは、センサー素子を取り付ける接着剤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。
<First Embodiment>
The physical quantity sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2A, 2B, 3, 4, 4, 5, 6A, 6B, and 6C. FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the physical quantity sensor according to the first embodiment. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 illustrating a schematic configuration of the physical quantity sensor. FIG. 2B is a plan view showing an application example of an adhesive for attaching the sensor element. FIG. 3 is a functional block diagram of the physical quantity sensor. FIG. 4 is a plan view showing an arrangement example of sensor elements used in the physical quantity sensor. For convenience of explanation, FIG. 4 shows a state where the lid is omitted. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the sensor element. FIG. 6A is a perspective view illustrating a schematic configuration of a sensor unit (detection in the X-axis direction) of the sensor element. FIG. 6B is a perspective view illustrating a schematic configuration of a sensor unit (detection in the Y-axis direction). FIG. 6C is a perspective view illustrating a schematic configuration of a sensor unit (detection in the Z-axis direction).
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」または「第2の方向」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」または「第1の方向」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」または「第3の方向」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部の積層(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。 Hereinafter, as described in each drawing, three axes orthogonal to each other will be described as an X axis, a Y axis, and a Z axis. Also, the direction parallel to the X axis is “X axis direction” or “second direction”, the direction parallel to the Y axis is “Y axis direction” or “first direction”, and the direction parallel to the Z axis is “ Also referred to as “Z-axis direction” or “third direction”. A surface including the X axis and the Y axis along the direction in which the three sensor units are arranged is also referred to as an “XY plane”. Further, the Z-axis direction is defined as a direction along the stacking (arrangement) direction of the base substrate and the lid part constituting the package, in other words, a direction along the mounting direction of the sensor element and the base substrate. Further, for convenience of explanation, in the plan view when viewed from the Z-axis direction, the surface on the + Z-axis direction side that is the lid side is the upper surface, and the surface on the opposite side to the −Z-axis direction side is the lower surface. Sometimes.
図1、図2A、図2B、および図3に示す物理量センサー1は、X軸方向(第2の方向)、Y軸方向(第1の方向)およびZ軸方向(第3の方向)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、接合材としての接着剤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)の内底面10fに接合されている。
The
図3に示すように、加速度センサー素子20には、第1のセンサー素子としてのY軸センサー部21yと、第2のセンサー素子としてのX軸センサー部21xと、Z軸センサー部21zと、を含む。また、IC40には、加速度センサー素子20を制御する処理回路(不図示)、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)、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。
As shown in FIG. 3, the
(パッケージ7)
図1、図2A、および図2Bに示すように、構造体5を収容するパッケージ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、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、ベース部10を構成する第1の基材11が、基体に相当する。
(Package 7)
As shown in FIG. 1, FIG. 2A, and FIG. 2B, the
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を収容する凹陥部(キャビティー)が形成される。そして、パッケージ7は、この凹陥部(キャビティー)の開口部が蓋体としての蓋部(リッド)15によって塞がれる、換言すれば封止されることによって閉空間(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と蓋部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、構造体5をパッケージ7の外側の雰囲気から遮断でき、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。なお、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。
In the
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、パッケージ7の外側面には、それぞれ三つのキャスタレーション28bが設けられている。また、パッケージ7の外側の四隅には、それぞれキャスタレーション28aが設けられている。キャスタレーション28a,28bには、配線電極(不図示)を設けることができる。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やキャスタレーション28a,28bの設けられた配線電極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。
A plurality of
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、蓋部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、セラミック材料などを用いることができる。
As the constituent material of the
(構造体5)
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。
(Structure 5)
The
加速度センサー素子20は、後段にて詳述するが、第1のセンサー素子としてのY軸センサー部21yと、第2のセンサー素子としてのX軸センサー部21xと、Z軸センサー部21zと、を含む。Y軸センサー部21yおよびX軸センサー部21x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する。
As will be described in detail later, the
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。
The
構造体5は、図2Aに示すように、接合材としての、例えば樹脂などを基材とする接着剤18によって、基体としてのベース部10を構成する第1の基材11の上面に、すなわちパッケージ7の内側(収容空間17)の内底面10fに、加速度センサー素子20の下面20rが接合され、パッケージ7の収容空間17に収納されている。なお、加速度センサー素子20の下面20rは、Y軸方向(第1の方向)およびX軸方向(第2の方向)を含む面と並行である、後述する加速度センサー素子20の容器25の外側の面と言い換えることができる。このように、ベース部10と容器25との接合を入手の容易な接着剤18によって行なうことができる。なお、接合材としては、上述した接着剤に替えて粘着剤を用いることも可能である。
As shown in FIG. 2A, the
なお、図2Bに示すように、接合材としての接着剤18は、加速度センサー素子20の下面20rの法線方向からの平面視で、第2のセンサー素子としてのX軸センサー部21xの輪郭の外側に位置し、且つX軸方向(第2の方向)に沿って帯状に配設されている。そして、構造体5は、このように配置された接着剤18によって、パッケージ7の第1の基材11(基体)に接合されている。なお、第1のセンサー素子としてのY軸センサー部21yや第2のセンサー素子としてのX軸センサー部21xと接合材としての接着剤18の配置との関係は、後段にて詳述する。
As shown in FIG. 2B, the adhesive 18 as the bonding material has a contour of the
(加速度センサー素子20)
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を有し、容器25内に第1のセンサー素子としてのY軸センサー部21yと、第2のセンサー素子としてのX軸センサー部21xと、Z軸センサー部21zと、が収容されている。本形態では、Y軸センサー部21yと、X軸センサー部21xとが、Y軸方向(第1の方向)に沿って並んで配置されている。このような配置により、Y軸センサー部21yと、X軸センサー部21xとの配置を効率よく行うことができ、容器25の外形形状を小型にすることができる。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。Y軸センサー部21y、X軸センサー部21x、およびZ軸センサー部21zは、Y軸方向、X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ができる。なお、Y軸センサー部21yおよびX軸センサー部21x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する。
(Acceleration sensor element 20)
As shown in FIGS. 4 and 5, the
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。
The
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。
In addition, the
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、樹脂系接着剤、ガラスペースト、金属層等を介して行うことができる。
Such a
第2のセンサー素子としてのX軸センサー部21xは、X軸方向の加速度を検出するセンサー部である。このようなX軸センサー部21xは、図6Aに示すように、第3の支持部611および第4の支持部612と、第2の可動部62と、第3の連結部631および第4の連結部632と、複数の第2の固定電極指64,65と、を有している。また、第2の可動部62は、第2の基部621と、長手方向がY軸方向(第1の方向)に沿って配置されるように第2の基部621からY軸方向両側に突出している複数の第2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ている。
The
第3の支持部611および第4の支持部612は、二つの固定部としてベース基板22の上面22fに陽極接合され、第3の支持部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、第3の支持部611と第4の支持部612との間に第2の可動部62が設けられている。第2の可動部62は、第3の連結部631および第4の連結部632を介して第3の支持部611および第4の支持部612に連結されている。第3の連結部631および第4の連結部632は、バネのようにX軸方向に弾性変形可能であるため、第2の可動部62が第3の支持部611および第4の支持部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。
The
複数の第2の固定電極指64は、X軸方向(第2の方向)に沿って櫛歯状に配列され、長手方向がY軸方向(第1の方向)に沿って配置されている。換言すれば、複数の第2の固定電極指64は、第2の可動電極指622のY軸方向一方側に配置され、対応する第2の可動電極指622に対してX軸方向に間隔を隔てて対向する櫛歯状をなして並んでいる。このような複数の第2の固定電極指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。
The plurality of second fixed
これに対して、他の複数の第2の固定電極指65は、第2の可動電極指622のY軸方向他方側に配置され、対応する第2の可動電極指622に対してX軸方向に間隔を隔てて対向する櫛歯状をなして並んでいる。換言すれば、他の複数の第2の固定電極指65は、X軸方向に沿って櫛歯状に配列され、長手方向がY軸方向に沿って配置されている。このような複数の第2の固定電極指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。
On the other hand, the other plurality of second fixed
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、第2の可動部62が、第3の連結部631および第4の連結部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、第2の可動電極指622と第2の固定電極指64との間の静電容量、および第2の可動電極指622と第2の固定電極指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。
Using such an
第1のセンサー素子としてのY軸センサー部21yは、Y軸方向の加速度を検出するセンサー部である。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、第1の支持部711および第2の支持部712と、第1の可動部72と、第1の連結部731および第2の連結部732と、複数の第1の固定電極指74,75と、を有している。また、第1の可動部72は、第1の基部621と、長手方向がZ軸方向(第2の方向)となるように第1の基部621からX軸方向両側に突出している複数の第1の可動電極指722と、を有している。このようなY軸センサー部21y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。
The Y-
第1の支持部711および第2の支持部712は、ベース基板22の上面22fに陽極接合され、第1の支持部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、これら第1の支持部711と第2の支持部712との間に第1の可動部72が設けられている。第1の可動部72は、第1の連結部731および第2の連結部732を介して第1の支持部711および第2の支持部712に連結されている。第1の連結部731および第2の連結部732は、バネのようにY軸方向に弾性変形可能であるため、第1の可動部72が第1の支持部711および第2の支持部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。
The
複数の第1の固定電極指74は、Y軸方向(第1の方向)に沿って櫛歯状に配列され、長手方向がX軸方向(第2の方向)に沿って配置されている。換言すれば、第1の固定電極指74は、第1の可動電極指722のX軸方向一方側に配置され、対応する第1の可動電極指722に対してY軸方向に間隔を隔てて対向する櫛歯状をなして並んでいる。このような複数の第1の固定電極指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。
The plurality of first fixed
これに対して、他の複数の第1の固定電極指75は、第1の可動電極指722のX軸方向他方側に配置され、対応する第1の可動電極指722に対してY軸方向に間隔を隔てて対向する櫛歯状をなして並んでいる。換言すれば、他の複数の第1の固定電極指75は、Y軸方向に沿って櫛歯状に配列され、長手方向がX軸方向に沿って配置されている。このような複数の第1の固定電極指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。
On the other hand, the other plurality of first fixed
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、第1の可動部72が、第1の連結部731および第2の連結部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、第1の可動電極指722と第1の固定電極指74との間の静電容量、および第1の可動電極指722と第1の固定電極指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。
Using such a Y-
センサー素子の一つである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。
The Z-
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まわりにシーソー揺動する。
The
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、ダミー電極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、およびダミー電極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。
The
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まわりにシーソー揺動する。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。
Using such a Z-
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とで収容空間(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を介して収容空間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、収容空間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。
As shown in FIG. 5, the
(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、樹脂系接着剤(ダイアタッチ剤)等を用いることができる。
(IC40)
As shown in FIG. 2A, the
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。
The
(接合材の配置)
構造体5をベース部10に接合する接合材としての接着剤18は、硬化時や硬化後熱ストレスなどによって生じる応力が、加速度センサー素子20の出力特性に対して影響を与えることがある。ここで、図7、図8、および図9を参照して、容器25に加わる応力によるY軸センサー部21y、およびX軸センサー部21xの出力特性(容量変化量)に対する影響について説明する。図7は、加速度センサー素子20に対して応力を印加し、その特性変化を確認するための応力印加試験方法の一例を示す概略図である。図8は、X軸方向(第2の方向)への応力印加と各センサー素子の容量変化との相関を示すグラフである。図9は、Y軸方向(第1の方向)への応力印加と各センサー素子の容量変化との相関を示すグラフである。
(Disposition of bonding material)
In the adhesive 18 as a bonding material for bonding the
この評価では、図7に示すような応力印加試験方法を用い、加速度センサー素子20に対して応力が加わったときの特性変化を確認した。この応力印加試験方法では、図7に示すように、試験台BP上に二つの支持材Fuを介して載置された板材PLを用意する。そして二つの支持材Fuの間の板材PL上に構造体5を接着剤(不図示)によって固定する。なお、接着剤は、構造体5の接合面全体に塗布される。この状態で板材PLが、二つの支持材Fuを作用点として試験台BPの方向に変形するような矢印Fの力を加える。板材PLの変形によって、板材PLに固定されている構造体5には、二つの支持材Fuの方向に力が加わる(変形する)ような応力を生じさせることができる。なお、板材PLへの構造体5の固定する向きによって構造体5に対する応力方向を変えることができる。
In this evaluation, a stress change test method as shown in FIG. 7 was used, and a change in characteristics when a stress was applied to the
先ず、Y軸方向(第1の方向)に並んでY軸センサー部21y、およびX軸センサー部21xが配置されている構造体5に対して、X軸方向(第2の方向)への応力を印加したときの加速度センサー素子20を構成するY軸センサー部21y、およびX軸センサー部21xの容量変化について検証した結果を図8のグラフに示す。
First, stress in the X-axis direction (second direction) is applied to the
図8のグラフに示されているように、X軸方向への応力を印加したときは、X軸方向に配列された第2の固定電極指64および他の第2の固定電極指65と、第2の可動電極指622とを有するX軸センサー部21xの容量変化が大きくなる。これに対し、Y軸方向に配列された第1の固定電極指74および他の第1の固定電極指75と、第1の可動電極指722とを有するY軸センサー部21yの容量変化は殆んど出現しないことが解る。
As shown in the graph of FIG. 8, when stress in the X-axis direction is applied, the second fixed
次に、Y軸方向(第1の方向)に並んでY軸センサー部21y、およびX軸センサー部21xが配置されている構造体5に対して、Y軸方向への応力を印加したときの加速度センサー素子20を構成するY軸センサー部21y、およびX軸センサー部21xの容量変化について検証した結果を図9のグラフに示す。
Next, when stress in the Y-axis direction is applied to the
図9のグラフに示されているように、Y軸方向への応力を印加したときは、X軸方向に配列された第2の固定電極指64,65と、第2の可動電極指622とを有するX軸センサー部21xの容量変化は殆んど出現しない。これに対し、Y軸方向に配列された第1の固定電極指74,75と、第1の可動電極指722とを有するY軸センサー部21yに容量変化が出現することが解る。
As shown in the graph of FIG. 9, when a stress in the Y-axis direction is applied, the second fixed
上述のように、加速度センサー素子20の接合面全体に接着剤18が塗布されて固定されている場合に、一方向に応力が印加されると、応力の印加される方向に第2の固定電極指64,65と、第2の可動電極指622とが配列、または第1の固定電極指74,75と第1の可動電極指722とが配列されていることにより、応力印加方向(変形方向)と容量変化の検出方向とが一致し、容量変化に対する影響が大きくなる。
As described above, when the adhesive 18 is applied to the entire joint surface of the
発明者は、このような検証結果から、接着剤18の塗布配置により、接着剤18の硬化時や硬化後熱ストレスなどによって生じる応力による構造体5(加速度センサー素子20)の検出精度に対する影響を減少させることが可能であることを見出した。以下、接着剤18の塗布配置の具体的な構成について、図2Bを参照して説明する。 From such verification results, the inventor determines the influence on the detection accuracy of the structure 5 (acceleration sensor element 20) due to the stress caused by the adhesive 18 being applied and the heat stress after the adhesive 18 is cured or after the curing. We found that it is possible to reduce. Hereinafter, a specific configuration of the application and arrangement of the adhesive 18 will be described with reference to FIG. 2B.
図2Bに示すように、接合材としての接着剤18は、加速度センサー素子20の下面20rの法線方向からの平面視で、第2のセンサー素子としてのX軸センサー部21xの輪郭の外側、本形態ではY軸方向の外側にあって、第1のセンサー素子としてのY軸センサー部21yと重なる位置に配置され、且つX軸方向(第2の方向)に沿って加速度センサー素子20を横断する帯状に配設されている。なお、ここでの帯状の接着剤18とは、延在方向(本構成ではX軸方向)に直交する方向(本構成ではY軸方向)に幅寸法を有して延在している状態をいう。そして、構造体5(加速度センサー素子20)は、このように配置された接着剤18によって、パッケージ7の第1の基材11(基体)に接合されている。
As shown in FIG. 2B, the adhesive 18 as a bonding material is outside the outline of the
このように、加速度センサー素子20の容器25を基体に接合する接着剤18が、容器25の外側の面(加速度センサー素子20の下面20r)の法線方向からの平面視で、第2のセンサー素子(X軸センサー部21x)の輪郭の外側に位置し、且つX軸方向(第2の方向)に沿って帯状に設けられているため、接着剤18の接合応力はX軸方向に強く作用することになり、接着剤18の配置されている部分の容器25はX軸方向に大きく変形し、Y軸方向(第1の方向)の変形は小さい。
As described above, the adhesive 18 for bonding the
したがって、X軸方向に沿って櫛歯状に第2の固定電極指64,65や第2の可動電極指622が配列されているX軸センサー部21xは、X軸方向の変形による静電容量の変化の影響を受け易いが、接着剤18がX軸センサー部21xの輪郭の外側に位置するため、X軸センサー部21xは接着剤18の応力による容器25の変形領域から外れることになり、静電容量の変化の影響を小さくすることができる。
Therefore, the
また、Y軸方向に沿って櫛歯状に第1の固定電極指74,75や第1の可動電極指722が配列されているY軸センサー部21yは、接着剤18の応力による容器25のX軸方向の変形領域にあるものの、静電容量を検出する方向がY軸方向であるため、X軸方向に容器25が変形してもその影響を受け難い。換言すれば、Y軸センサー部21yは、容器25の変形の小さなY軸方向の静電容量の変化を検出するため、影響を受け難い。
Further, the Y-
これらにより、異なる方向(Y軸方向およびX軸方向)の加速度を検出する二つのセンサー素子(Y軸センサー部21yおよびX軸センサー部21x)を備えていても、接着剤18の応力による容器25の変形によって、検出された静電容量に生じる不要な変動に起因する検出精度の低下を低減することができる。また、接着剤18の配置を、容器25の外側の面である外面の法線方向からの平面視でY軸センサー部21yと重なる位置とすることができるため、容器25の該平面視での大きさを大きくすることなく、二つのセンサー素子(Y軸センサー部21yおよびX軸センサー部21x)を収容することができる。
Accordingly, even if two sensor elements (Y-
以上説明したような第1実施形態に係る物理量センサー1によれば、加速度を検出する二つのセンサー素子(Y軸センサー部21yおよびX軸センサー部21x)、および接着剤18を上述のように配置することにより、接着剤18の応力による容器25の変形によって生じる不要な変動に起因する検出精度の低下を低減することができる。
According to the
なお、上述した第1実施形態では、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素子(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、図11、および図12を参照して、加速度センサー素子の応用例1、応用例2、および応用例3として説明する。
In the first embodiment described above, in the
(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。なお、本応用例1では、Y軸方向を第1の方向とし、X軸方向を第2の方向とする。
(Application 1)
First, an application example 1 of the acceleration sensor element will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a plan view showing Application Example 1 of the sensor element. In the first application example, the Y-axis direction is the first direction, and the X-axis direction is the second direction.
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が、センサー部2xは、X軸方向(第2の方向)に配列され、Y軸方向(第1の方向)に長手方向を有する固定電極指や可動電極指を備え、X軸方向の加速度を検出することができる。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(本例ではX軸方向)の加速度を検出することができる。
As shown in FIG. 10, the
加速度センサー素子201の容器251は、ベース基板221の下面(裏面)において、接合材としての接着剤18aによって、図2Aに示すようなパッケージ7の第1の基材11(基体)に接合されている。接着剤18aは、加速度センサー素子201の下面(不図示)の法線方向からの平面視で、センサー部2xと重なる位置に配置され、且つY軸方向(第1の方向)に沿って加速度センサー素子201を横切る帯状に配設されている。
The
このように配設された接着剤18aにより、加速度センサー素子201がパッケージ7の第1の基材11(基体)に接合されていることにより、X軸方向(第2の方向)に沿って櫛歯状に固定電極指や可動電極指が配列されているセンサー部2xは、接着剤18aの応力による容器251のY軸方向(第1の方向)の変形領域にあるものの、静電容量を検出する方向がX軸方向であるため、Y軸方向に容器251が変形することによるギャップの変化により生じる静電容量の変化の影響を受け難い。換言すれば、センサー部2xは、容器251の変形の小さなX軸方向の静電容量の変化を検出するため、影響を受け難い。したがって、接着剤18aの応力による容器251の変形によって、検出された静電容量に生じる不要な変動に起因する検出精度の低下を低減することができる。
The
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と同様なセンサー部が、容器251に気密に収容されている構成であってもよい。この場合、X軸に平行な方向を「X軸方向」または「第2の方向」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」または「第1の方向」とし、センサー部2yは、Y軸方向(第1の方向)に配列され、X軸方向(第2の方向)に長手方向を有する固定電極指や可動電極指を備え、Y軸方向(第2の方向)の加速度を検出することができる。
そして、接着剤18aは、加速度センサー素子201の下面(不図示)の法線方向からの平面視で、センサー部2yと重なる位置に配置され、且つX軸方向(第2の方向)に沿って加速度センサー素子201を横切る帯状に配設される。
The
The adhesive 18a is arranged at a position overlapping the
(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。なお、本応用例2では、Y軸方向を第1の方向とし、X軸方向を第2の方向とする。
(Application example 2)
Next, an application example 2 of the acceleration sensor element will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a plan view showing Application Example 2 of the sensor element. In this application example 2, the Y-axis direction is the first direction, and the X-axis direction is the second direction.
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、Y軸方向(第1の方向)に並んで配置された二つのセンサー部2x(第2のセンサー素子),2y(第1のセンサー素子)を有している。センサー部2x(第2のセンサー素子)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おり、詳細な説明は省略するが、X軸方向(第2の方向)に配列され、Y軸方向に延在された固定電極指や可動電極指を備え、X軸方向の加速度を検出することができる。また、センサー部2y(第1のセンサー素子)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おり、詳細な説明は省略するが、Y軸方向に配列され、X軸方向に延在された固定電極指や可動電極指を備え、Y軸方向の加速度を検出することができる。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。
As shown in FIG. 11, the
加速度センサー素子202の容器252は、ベース基板222の下面(裏面)において、接合材としての接着剤18bによって、図2Aに示すようなパッケージ7の第1の基材11(基体)に接続されている。接着剤18bは、加速度センサー素子202の下面(不図示)の法線方向からの平面視で、センサー部2xの輪郭の外側、本形態ではY軸方向の外側にあって、センサー部2yと重なる位置に配置され、且つX軸方向(第2の方向)に沿って加速度センサー素子202を横切る帯状に配設されている。
The
このように、加速度センサー素子202の容器252を基体に接合する接着剤18bが、容器252の外面の法線方向からの平面視で、センサー部2xの輪郭の外側に位置し、且つX軸方向(第2の方向)に沿って帯状に設けられているため、接着剤18bの接合応力はX軸方向に強く作用することになり、接着剤18bの配置されている部分の容器252はX軸方向に大きく変形し、Y軸方向(第1の方向)の変形は小さい。
As described above, the adhesive 18b for joining the
したがって、X軸方向に沿って櫛歯状に固定電極指や可動電極指が配列されているセンサー部2xは、X軸方向の変形による静電容量の変化の影響を受け易いが、接着剤18bがセンサー部2xの輪郭の外側に位置するため、センサー部2xは接着剤18bの応力による容器252の変形領域から外れることになり、静電容量の変化の影響を小さくすることができる。
Therefore, the
また、Y軸方向に沿って櫛歯状に固定電極指や可動電極指が配列されているセンサー部2yは、接着剤18bの応力による容器252のX軸方向の変形領域にあるものの、静電容量を検出する方向がY軸方向であるため、X軸方向に容器252が変形してもその影響を受け難い。換言すれば、センサー部2yは、容器252の変形の小さなY軸方向の静電容量の変化を検出するため、影響を受け難い。
In addition, the
このような構成によれば、加速度を検出する二つのセンサー素子(センサー部2yおよびセンサー部2x)、および接着剤18bを上述のように配置することにより、接着剤18bの応力による容器252の変形によって生じる不要な変動に起因する検出精度の低下を低減することができる。また、二つのセンサー素子(センサー部2yおよびセンサー部2x)の配置を効率よく行うことができ、容器252の外形形状を小型にすることができる。
According to such a configuration, the two sensor elements (
(応用例3)
次に、図12を参照して、加速度センサー素子の応用例3を説明する。図12は、センサー素子の応用例3を示す平面図である。なお、本応用例3では、Y軸方向を第1の方向とし、X軸方向を第2の方向とする。
(Application 3)
Next, an application example 3 of the acceleration sensor element will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a plan view showing Application Example 3 of the sensor element. In this application example 3, the Y-axis direction is the first direction, and the X-axis direction is the second direction.
応用例3に係る加速度センサー素子203は、図12に示すように、X軸方向(第2の方向)に並んで配置された二つのセンサー部2x(第2のセンサー素子),2y(第1のセンサー素子)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(第2のセンサー素子)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おり、詳細な説明は省略するが、X軸方向に配列され、Y軸方向(第1の方向)に延在された固定電極指や可動電極指を備え、X軸方向の加速度を検出することができる。また、センサー部2y(第1のセンサー素子)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おり、詳細な説明は省略するが、Y軸方向に配列され、X軸方向に延在された固定電極指や可動電極指を備え、Y軸方向の加速度を検出することができる。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225およびキャップ部233を有する容器253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203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。
As shown in FIG. 12, the
加速度センサー素子203の容器253は、ベース基板225の裏面において、接合材としての接着剤18cによって、図2Aに示すようなパッケージ7の第1の基材11(基体)に接合されている。接着剤18cは、加速度センサー素子203の下面(不図示)の法線方向からの平面視で、センサー部2yの輪郭の外側、本形態ではX軸方向の外側にあって、センサー部2xと重なる位置に配置され、且つY軸方向(第1の方向)に沿って加速度センサー素子203を横切る帯状に配設されている。
The
このように、加速度センサー素子203の容器253を基体に接合する接着剤18cが、容器253の外側の面の法線方向からの平面視で、センサー部2yの輪郭の外側に位置し、且つY軸方向(第1の方向)に沿って帯状に設けられているため、接着剤18cの接合応力はY軸方向に強く作用することになり、接着剤18cの配置されている部分の容器253はY軸方向に大きく変形し、X軸方向(第2の方向)の変形は小さい。
Thus, the adhesive 18c that joins the
したがって、Y軸方向に沿って櫛歯状に固定電極指や可動電極指が配列されているセンサー部2yは、Y軸方向の変形による静電容量の変化の影響を受け易いが、接着剤18cがセンサー部2yの輪郭の外側に位置するため、センサー部2yは接着剤18cの応力による容器253の変形領域から外れることになり、静電容量の変化の影響を小さくすることができる。
Therefore, the
また、X軸方向に沿って櫛歯状に固定電極指や可動電極指が配列されているセンサー部2xは、接着剤18cの応力による容器253のY軸方向の変形領域にあるものの、静電容量を検出する方向がX軸方向であるため、Y軸方向に容器253が変形してもその影響を受け難い。換言すれば、センサー部2xは、容器253の変形の小さなX軸方向の静電容量の変化を検出するため、影響を受け難い。
In addition, the
このような構成によれば、加速度を検出する二つのセンサー素子(センサー部2yおよびセンサー部2x)、および接着剤18cを上述のように配置することにより、接着剤18cの応力による容器253の変形によって生じる不要な変動に起因する検出精度の低下を低減することができる。また、二つのセンサー素子(センサー部2yおよびセンサー部2x)の配置を効率よく行うことができ、容器253の外形形状を小型にすることができる。
According to such a configuration, the deformation of the
(接合材の変形例)
次に、図13を参照して、接合材の変形例を説明する。図13は、接合材の変形例を示す断面図である。本変形例は、接合材の構成が第1実施形態と異なる。以下、接合材の構成について中心に説明する。
(Modification of bonding material)
Next, a modified example of the bonding material will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a modified example of the bonding material. This modification differs from the first embodiment in the configuration of the bonding material. Hereinafter, the configuration of the bonding material will be mainly described.
変形例に係る物理量センサー100は、図13に示すように、X軸方向(第2の方向)、Y軸方向(第1の方向)およびZ軸方向(第3の方向)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100は、第1実施形態と同様に、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。
As shown in FIG. 13, the
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、容器の下面としての加速度センサー素子20の下面20rに設けられた金属電極188と、基体としての第1の基材11の上面(内底面10f)に設けられている金属層189との少なくともいずれかを接合材として、加速度センサー素子20がパッケージ7の内側(収容空間17)の内底面10fに接合されている。なお、本変形例では、加速度センサー素子20の下面20rに設けられた金属電極188を突起電極(金属バンプ)として構成し、フリップチップボンディングなどの接合法を用いて加速度センサー素子20をパッケージ7の内側(収容空間17)の内底面10fに接合する。接合材は、上述した第1実施形態、および応用例1〜応用例3と同様に配置することができる。
The
このような構成の接合材を用いれば、加速度センサー素子20(構造体5)の容器25と基体としての第1の基材11の接合において、金属電極188と金属層189との少なくともいずれかを接合材として、例えばフリップチップボンディングなど、普及されている接合法を用いることができる。
If the bonding material having such a structure is used, at least one of the
<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14を参照して説明する。図14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。
Second Embodiment
Next, a physical quantity sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a physical quantity sensor according to the second embodiment. In the following description, the three axes orthogonal to each other will be described using the X axis, the Y axis, and the Z axis, as in the first embodiment. Further, for convenience of explanation, in the plan view when viewed from the Z-axis direction, the surface on the + Z-axis direction side that is the lid side is the upper surface, and the surface on the opposite side to the −Z-axis direction side is the lower surface. Sometimes. Moreover, in the following description, it demonstrates centering around difference with 1st Embodiment mentioned above, The description is abbreviate | omitted about the same matter.
図14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1A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)に接合されている。
As shown in FIG. 14, the
(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。
(
The
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)の開口が蓋体としての蓋部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。また、第1の基材11Aは、一つの基板で構成された例を示しているが、第1実施形態で示したように、複数の基板を積層した積層基板を適用することもできる。この場合、第1実施形態と同様に、それぞれの基板間に配線パターンを設けることができる。
In the
第1の基材11A、第2の基材12A、第3の基材13A、および蓋部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。なお、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16A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16Aに電気的に接続されている。
Since the constituent materials of the
(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、接合材としての接着剤18を介して取り付けられている。
(
The
なお、加速度センサー素子20をIC40Aに取り付ける接着剤18は、第1実施形態と同様な構成で配置されている。このような接着剤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。
Note that the adhesive 18 for attaching the
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。
The
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40f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。
The
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、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。このように、パッケージ7Aの第1の基材11AとIC40A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1Aの平面視における面積を小さくすることができる。また、加速度を検出する二つのセンサー素子、および接着剤18を第1実施形態と同様な配置で設けることにより、接着剤18の応力による容器25の変形によって生じる不要な変動に起因する検出精度の低下を低減することができる。
According to the
<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15A、および図15Bを参照して説明する。図15A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15Aでは蓋部を省略した状態を示している。図15B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。
<Third Embodiment>
Next, a physical quantity sensor according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 15A and 15B. FIG. 15A is a plan view illustrating a schematic configuration of a physical quantity sensor according to the third embodiment. For convenience of explanation, FIG. 15A shows a state where the lid is omitted. FIG. 15B is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the physical quantity sensor according to the third embodiment. In the following description, the three axes orthogonal to each other will be described using the X axis, the Y axis, and the Z axis, as in the first embodiment. For convenience of explanation, in the plan view when viewed from the Z-axis direction, the surface on the + Z-axis direction side that is the sensor element side is the upper surface, and the surface on the opposite side to the −Z-axis direction side is the lower surface. Sometimes. Moreover, in the following description, it demonstrates centering around difference with 1st Embodiment mentioned above, The description is abbreviate | omitted about the same matter.
図15Aおよび図15B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。
As shown in FIGS. 15A and 15B, the
このような物理量センサー1Bは、パッケージ7Bと、パッケージ7B内に収容されている回路素子としてのIC(integrated circuit)40Bと、IC40Bの上面に接着剤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、を含み、IC40Bの下面がパッケージ7Bの内側(収容空間S3)に接合されている。
Such a
パッケージ7Bは、ベース基板161およびベース基板161上に積層された環状の壁部162によって構成されているベース部10Bと、封止部材160を介して壁部162に接続されている蓋体としての蓋部169とを含み構成されている。なお、パッケージ7B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。
The
パッケージ7Bは、ベース基板161と、中央部が除去された環状体である壁部162とにより、加速度センサー素子20Bや角速度センサー素子300Bなどを収容する凹陥部(キャビティー)が形成される。そして、パッケージ7Bは、この凹陥部の開口が蓋部169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)S3が設けられ、この収容空間S3に、IC40Bと、IC40Bの上面に接着剤18Bを介して取り付けられている加速度センサー素子20Bおよび角速度センサー素子300Bとを収容することができる。ここで、接着剤18Bは、第1実施形態と同様な構成で配置されている。
In the
なお、ベース基板161や壁部162を含むベース部10B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。また、ベース基板161は、一つの基板で構成された例を示しているが、第1実施形態で示したように、複数の基板を積層した積層基板を適用することもできる。この場合、第1実施形態と同様に、それぞれの基板間に配線パターンを設けることができる。なお、ベース基板161、壁部162、封止部材160、および蓋部169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。
A part of the wiring pattern and electrode pads (terminal electrodes) formed on the
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。
The
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。
The
なお、加速度センサー素子20Bの構成は、第1実施形態の加速度センサー素子20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および図12に示す加速度センサー素子202,203を参照)を用いることができる。
Note that the configuration of the
角速度センサー素子300Bは、パッケージに収容された、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一つのパッケージに収容されている構成(後段にて図17A、図17B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が一つのパッケージ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。
The angular
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。
A plurality of
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、加速度を検出するセンサー素子、および接着剤18Bを第1実施形態と同様な配置で設けることにより、接着剤18Bの応力によるパッケージ7B(ベース基板161)の変形によって生じる不要な変動に起因する検出精度の低下を低減することができる。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。
According to the
<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16A、および図16Bを参照して説明する。図16A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16Aでは蓋部を省略した状態を示している。図16B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。
<Fourth embodiment>
Next, a physical quantity sensor according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 16A and 16B. FIG. 16A is a plan view illustrating a schematic configuration of a physical quantity sensor according to the fourth embodiment. For convenience of explanation, FIG. 16A shows a state where the lid is omitted. FIG. 16B is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the physical quantity sensor according to the fourth embodiment. In the following description, the three axes orthogonal to each other will be described using the X axis, the Y axis, and the Z axis, as in the first embodiment. For convenience of explanation, in the plan view when viewed from the Z-axis direction, the surface on the + Z-axis direction side that is the sensor element side is the upper surface, and the surface on the opposite side to the −Z-axis direction side is the lower surface. Sometimes. Moreover, in the following description, it demonstrates centering around difference with 1st Embodiment mentioned above, The description is abbreviate | omitted about the same matter.
図16Aおよび図16Bに示すように、第4実施形態に係る物理量センサー1C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。
As shown in FIGS. 16A and 16B, the
このような物理量センサー1Cは、パッケージ7Cと、パッケージ7C内に収容されているフレーム171と、回路素子としてのIC(integrated circuit)40Cと、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、を含む。なお、フレーム171は、図示しない接合部材を介してベース基板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、接合材としての接着剤18Cを介して取り付けられている。ここで、接着剤18Cは、第1実施形態と同様な構成で配置されている。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。
Such a
パッケージ7Cは、ベース基板172およびベース基板172上に積層された環状の壁部173によって構成されているベース部10Cと、封止部材184を介して壁部173に接続されている蓋体としての蓋部186とを含み構成されている。なお、パッケージ7C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。
The
パッケージ7Cは、ベース基板172と、中央部が除去された環状体である壁部173とにより、加速度センサー素子20Cや角速度センサー素子300Cなどを収容する凹陥部(キャビティー)が形成される。そして、パッケージ7Cは、この凹陥部の開口が蓋部186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)S4が設けられ、この収容空間S4に、フレーム171と、IC40Cと、加速度センサー素子20Cおよび角速度センサー素子300Cとを収容することができる。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体に相当する。
In the
なお、ベース基板172や壁部173を含むベース部10C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。また、ベース基板172は、一つの基板で構成された例を示しているが、第1実施形態で示したように、複数の基板を積層した積層基板を適用することもできる。この場合、第1実施形態と同様に、それぞれの基板間に配線パターンを設けることができる。なお、ベース基板172、壁部173、封止部材184、および蓋部186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。
A part of the wiring pattern and electrode pads (terminal electrodes) formed on the
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。
The
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を介してベース基板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。
The
なお、加速度センサー素子20Cの構成は、第1実施形態の加速度センサー素子20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および図12に示す加速度センサー素子202,203を参照)を用いることができる。
The configuration of the
角速度センサー素子300Cは、パッケージに収容された、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一つのパッケージに収容されている構成(後段にて図17A、図17B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が一つのパッケージ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。
The angular
ベース基板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、ベース基板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。
A plurality of
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、第1実施形態と同様に、外周各辺の長さが規定されているパッケージ7Cの底板(ベース基板172)の厚みを最適化することにより、パッケージ7Cの組み立て時における加熱溶融や物理量センサー1Cを回路基板などへ実装するときの加熱などによって生じる応力を低減することができ、この応力に起因して生じる物理量センサー1Cの出力電圧の温度ヒステリシスを低減させることができる。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。
According to the
(角速度センサー素子)
ここで、図17A、および図17Bを参照して、角速度センサー素子の一例を説明する。図17Aは、慣性計測ユニットなど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17Aではリッド(蓋体)を省略している。図17Bは、角速度センサー素子の一例を示す図17Aの断面図である。なお、図17A、および図17B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、振動デバイスの厚み方向と一致する。また、x軸に平行な方向を「x軸方向」と言い、y軸に平行な方向を「y軸方向)」と言い、z軸に平行な方向を「z軸方向」と言う。
(Angular velocity sensor element)
Here, an example of the angular velocity sensor element will be described with reference to FIGS. 17A and 17B. FIG. 17A is a plan view showing an example of an angular velocity sensor element used in an inertial measurement unit or the like. For convenience of explanation, the lid (lid) is omitted in FIG. 17A. FIG. 17B is a cross-sectional view of FIG. 17A showing an example of the angular velocity sensor element. In FIGS. 17A and 17B, the three axes orthogonal to each other are defined as an x-axis, a y-axis, and a z-axis, and the z-axis coincides with the thickness direction of the vibration device. A direction parallel to the x-axis is referred to as “x-axis direction”, a direction parallel to the y-axis is referred to as “y-axis direction”, and a direction parallel to the z-axis is referred to as “z-axis direction”.
図17Aおよび図17B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。
An angular
図17A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。
FIG. 17A shows the
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。
The
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。
Such a
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。
The vibrating
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。
The first
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。
The
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。
The
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。
The
ジャイロ素子342は、第1支持部351、第2支持部352にて、半田、導電性接着剤(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剤)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。
The
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。
The
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。
According to the
(慣性計測ユニット)
次に、図18および図19を参照して、慣性計測装置としての慣性計測ユニット(IMU:Inertial Measurement Unit)について説明する。図18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19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。
(Inertial measurement unit)
Next, an inertial measurement unit (IMU) as an inertial measurement device will be described with reference to FIGS. 18 and 19. FIG. 18 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the inertial measurement unit. FIG. 19 is a perspective view showing an arrangement example of inertial sensor elements of the inertial measurement unit.
図18に示すように、慣性計測装置としての慣性計測ユニット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。
As shown in FIG. 18, an
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。
The
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(パッケージ)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(厚み方向)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。
The
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。
In addition, although the example in which the outer shape of the
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。厚み方向(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。
The
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。
On the back surface of the inner case 320 (the surface on the
図19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19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。
With reference to FIG. 19, the structure of the board |
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、一列を10ピンとして合計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。
A
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。
An
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。
In addition, an
なお、角速度センサー317x,317y,317zは、前述にて図17Aおよび図17B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。
As the
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、接着剤18(図2Aおよび図2B参照)を用いてパッケージ7(図2Aおよび図2B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。
The
基板315の裏面(アウターケース301側の面)には、制御回路としての制御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の各部を制御したり、物理量センサー1からの出力信号を制御したりする。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、その他にも通信回路を構成する回路部品など複数の電子部品が実装されている。
A
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)に接着剤18(図2Aおよび図2B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パッケージ7の変形による加速度データの出力における検出精度の低下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。
According to the
(移動体測位装置)
次に、物理量センサー1,1A,1B,1Cを用いた移動体測位装置について、図20を参照して詳細に説明する。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。図20は、移動体測位装置の構成例を示す機能ブロック図である。
(Mobile positioning device)
Next, a mobile body positioning apparatus using the
図20に示すように、移動体測位装置5000は、上述した慣性計測装置としての慣性計測ユニット(IMU:Inertial Measurement Unit)3000と、受信部としてのGPS(Global Positioning System)受信部520と、GPS受信部520の位置情報を取得する取得部530と、移動体の姿勢を演算する演算部510と、現在の状態を加味した移動体の位置を算出する算出部540と、算出した移動体の位置を処理し、表示部560に表示を行ったり、通信部570に通信を指示したりする制御部550と、を備えている。
As shown in FIG. 20, the
移動体測位装置5000は、例えば、自動車、建設機械、農業機械などの移動体に搭載され、演算部510により算出される移動体の傾斜状態などの姿勢を加味した、より実際の状態に近い移動体の位置を求めることができる。このようにして求められた実際の状態に近い位置(位置情報)は、この位置情報に基づく移動体の自動運転制御などの精度向上に寄与することができる。
The mobile
移動体測位装置5000は、例えばGPS衛星などの測位用衛星から、GPSアンテナ521を介してGPS受信部520の受信した位置情報が重畳された衛星信号に基づいて、GPS受信部520の位置情報を取得部530が取得する。また、移動体測位装置5000は、演算部510によって、慣性計測ユニット(IMU:Inertial Measurement Unit)3000に含まれている物理量センサー(加速度センサー)1や角速度センサー317x,317y,317zが検出し、慣性計測ユニット3000から出力された加速度データや角速度データなどの慣性データに基づいて、姿勢を演算する。そして、移動体測位装置5000は、算出部540によって、演算部510によって算出された姿勢に基づいて、取得部530が取得した位置情報を補正することにより、移動体の位置を算出(測位)する。
The
慣性計測ユニット(IMU:Inertial Measurement Unit)3000は、物理量センサー(加速度センサー)1や角速度センサー317x,317y,317zを含む。前述したように、慣性計測ユニット3000は、使用している物理量センサー(加速度センサー)1において、熱処理などに起因して生じるパッケージの変形による加速度データの出力における検出精度の低下を減少させることができ、信頼性を高めたものである。
An inertial measurement unit (IMU) 3000 includes a physical quantity sensor (acceleration sensor) 1 and
演算部510は、慣性計測ユニット3000から出力された加速度データや角速度データなどの慣性データに基づいて、慣性計測ユニット3000の置かれている姿勢データを取得、換言すれば、移動体測位装置5000の搭載されている移動体の姿勢を演算する。そして、演算部510は、演算した姿勢データを算出部540に出力する。
The
受信部としてのGPS受信部520は、GPSアンテナ521を介して位置情報が重畳された衛星信号を受信する。そして、GPS受信部520は、受信した衛星信号を取得部530に出力する。
A
取得部530は、送信された衛星信号に基づいて、GPS受信部520の置かれている現在位置の位置情報を取得、換言すれば、移動体測位装置5000の搭載されている移動体の位置情報を取得し、取得した位置情報を算出部540に出力する。
The
算出部540は、演算部510に演算された移動体の傾斜などの姿勢データに基づいて、取得部530によって求められた算出された移動体の位置情報を補正することにより、移動体の傾斜状態などの姿勢を加味した、より実際の状態に近い移動体の位置(位置情報)を算出する。
The
制御部550は、算出部540の算出した移動体の位置(位置情報)を処理し、表示部560に対する表示指示を行ったり、通信部570に対して、他の電子機器への通信を指示したりする。
The
このような、移動体測位装置5000によれば、GPS受信部520の受信した衛星信号から取得した当該GPS受信部520の位置情報を、熱処理などに起因して生じるパッケージの変形による加速度データの出力における検出精度の低下を減少させることができ信頼性を高めた慣性計測ユニット3000から出力された慣性データに基づいて算出された姿勢に基づいて補正することによって移動体の位置を求めるため、移動体が傾斜しているなどの、より実際の状態に近い移動体の細密な位置情報を求める(測位する)ことができる。
According to such a mobile
(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21および図22に基づき、詳細に説明する。図21は、携帯型電子機器の構成を模式的に示す平面図である。図22は、携帯型電子機器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。また、以下では、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。
(Portable electronic devices)
Next, a portable electronic device using the
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。
As shown in FIG. 19, the
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。
The
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。
The
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。
In a liquid crystal display (LCD) constituting the
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。
The
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。
The processing unit 100 (processor) is configured by, for example, an MPU (Micro Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like. The
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。
Such a
1. Distance: The total distance from the start of measurement is measured by a highly accurate GPS function.
2. Pace: Displays the current running pace from the pace distance measurement.
3. Average speed: Average speed from the start of average speed driving to the present is calculated and displayed.
4). Elevation: The altitude is measured and displayed by the GPS function.
5. Stride: Steps are measured and displayed even in tunnels where GPS signals do not reach.
6). Pitch: Measures and displays the number of steps per minute.
7). Heart rate: The heart rate is measured and displayed by the pulse sensor.
8). Slope: Measures and displays the slope of the ground during mountain training and trail runs.
9. Auto lap: lap measurement is automatically performed when a predetermined distance or time is set.
10. Exercise calorie consumption: Displays the calorie consumption.
11. Number of steps: Displays the total number of steps from the start of exercise.
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。
Note that the
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。 In the above description, GPS (Global Positioning System) is used as the satellite positioning system, but other Global Navigation Satellite System (GNSS) may be used. For example, one or more satellite positioning systems such as EGNOS (European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service), QZSS (Quasi Zenith Satellite System), GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), GALILEO, BeiDou (BeiDou Navigation Satellite System) May be used. In addition, satellite-based augmentation systems (SBAS) such as WAAS (Wide Area Augmentation System) and EGNOS (European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service) are used for at least one of the satellite positioning systems. Also good.
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。
Since such a portable electronic device includes the
(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23〜図25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。
(Electronics)
Next, electronic devices using the
先ず、図23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23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。 First, a mobile personal computer, which is an example of an electronic device, will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a mobile personal computer that is an example of an electronic apparatus.
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の検出データなどの出力信号に基づいて制御部1110が、例えば姿勢制御などの制御を行なうことができる。
In this figure, a
図24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。 FIG. 24 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a smartphone (mobile phone) that is an example of an electronic apparatus.
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)などの出力信号は、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。
In this figure, a
図25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。 FIG. 25 is a perspective view illustrating a configuration of a digital still camera which is an example of an electronic apparatus. In this figure, connection with an external device is also simply shown.
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。
A
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のなどの出力信号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。
When the photographer confirms the subject image displayed on the
このような電子機器は、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。
Since such an electronic device includes the
なお、物理量センサー1を備える電子機器は、図23のパーソナルコンピューター1100、図24のスマートフォン(携帯電話機)1200、図25のディジタルスチールカメラ1300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。
In addition to the
(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26に示し、詳細に説明する。図26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。
(Moving body)
Next, an example using the
図26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の検出信号などを含む出力信号は、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。
As shown in FIG. 26, a
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(自動運転制御)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。
In addition to the above examples, the
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。
Since such a moving body includes the
以上、物理量センサー、慣性計測システム、移動体測位装置、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。 As described above, the physical quantity sensor, the inertial measurement system, the mobile body positioning device, the electronic device, and the mobile body have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is the same. It can be replaced with any configuration having the above function. In addition, any other component may be added to the present invention.
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。 In the above-described embodiment, the configuration in which the acceleration sensor element has three sensor units has been described. However, the number of sensor units is not limited to this, and may be one or two. However, it may be four or more. In the above-described embodiment, the acceleration sensor element is used as the sensor element of the physical quantity sensor. However, the physical quantity sensor is not limited to the acceleration sensor element, and may be, for example, a pressure sensor element or an angular velocity sensor. It may be an element. Further, for example, it may be a composite sensor that can simultaneously detect different physical quantities such as acceleration and angular velocity.
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、10f…内底面、10r…外底面、11…第1の基材、12…第2の基材、13…第3の基材、14…封止部材、15…蓋体としての蓋部、16…外部端子、17…収容空間、18,18a,18b,18c…接合材としての接着剤、19…内部端子、20…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、28a,28b…キャスタレーション、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、62…第2の可動部、64,65…第2の固定電極指、72…第1の可動部、74,75…第1の固定電極指、100…物理量センサー、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、611…第3の支持部、612…第4の支持部、621…第2の基部、622…第2の可動電極指、631…第3の連結部、632…第4の連結部、711…第1の支持部、712…第2の支持部、721…第1の基部、722…第1の可動電極指、731…第1の連結部、732…第2の連結部、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…慣性計測装置としての慣性計測ユニット、5000…移動体測位装置、S2,S3,S4…収容空間(内部空間)。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記センサー素子が収容されている容器と、
前記容器が接合されている基体と、を含み、
前記第1の方向および前記第2の方向を含む面と並行な前記容器の外側の面が、前記第1の方向に沿って帯状に設けられている接合材によって前記基体に接合されている、物理量センサー。 A comb-like fixed electrode finger whose longitudinal direction is along the first direction, and the fixed electrode finger and the gap in the second direction perpendicular to the first direction and whose longitudinal direction is along the first direction A sensor element including comb-like movable electrode fingers facing each other through
A container containing the sensor element;
A substrate to which the container is bonded,
An outer surface of the container parallel to a surface including the first direction and the second direction is bonded to the base body by a bonding material provided in a strip shape along the first direction; Physical quantity sensor.
長手方向が前記第1の方向に沿っている櫛歯状の第2の固定電極指、および長手方向が前記第1の方向に沿い、前記第2の方向に前記第2の固定電極指と間隙を介して対向している櫛歯状の第2の可動電極指を含む第2のセンサー素子と、
前記第1のセンサー素子、および前記第2のセンサー素子が収容されている容器と、
前記容器が接合されている基体と、を含み、
前記第1の方向および前記第2の方向とを含む面と並行な前記容器の外側の面が、前記外側の面の法線方向からの平面視で、前記第2のセンサー素子の輪郭の外側に位置し、且つ前記第2の方向に沿って帯状に設けられている接合材によって前記基体に接合されている、物理量センサー。 Comb-shaped first fixed electrode fingers whose longitudinal direction is along the second direction, and the first direction in the first direction perpendicular to the second direction is the longitudinal direction along the second direction. A first sensor element including a comb-shaped first movable electrode finger facing the fixed electrode finger of the first electrode through a gap;
A comb-shaped second fixed electrode finger whose longitudinal direction is along the first direction, and the longitudinal direction is along the first direction, and the second fixed electrode finger and the gap in the second direction. A second sensor element including a comb-shaped second movable electrode finger opposed via
A container containing the first sensor element and the second sensor element;
A substrate to which the container is bonded,
The outer surface of the container parallel to the surface including the first direction and the second direction is outside the outline of the second sensor element in a plan view from the normal direction of the outer surface. And a physical quantity sensor which is bonded to the base body by a bonding material provided in a strip shape along the second direction.
前記第1のセンサー素子、および前記第2のセンサー素子は、
前記第1の方向、または前記第2の方向に沿って並んで配置されている、物理量センサー。 In claim 2,
The first sensor element and the second sensor element are:
A physical quantity sensor arranged side by side along the first direction or the second direction.
前記接合材は、接着剤または粘着剤である、物理量センサー。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The physical quantity sensor, wherein the bonding material is an adhesive or an adhesive.
ベース基板を含み、
前記第1のセンサー素子は、
前記ベース基板に取り付けられている第1の支持部および第2の支持部と、
平面視で、前記第1の支持部と前記第2の支持部との間に配置されている第1の可動部と、
前記第1の可動部の一方側と前記第1の支持部とが連結されている第1の連結部と、
前記第1の可動部の他方側と前記第2の支持部とが連結されている第2の連結部と、
を含み、
前記第1の可動部は、平面視で、前記第1の連結部と前記第2の連結部の間に配置されている第1の基部を含み、
前記櫛歯状の第1の可動電極指は、前記第1の基部に設けられ、
前記櫛歯状の第1の固定電極指は、前記ベース基板に固定され、
前記第2のセンサー素子は、
前記ベース基板に取り付けられている第3の支持部及び第4の支持部と、
平面視で、前記第3の支持部と前記第4の支持部の間に配置されている第2の可動部と、
前記第2の可動部の一方側と前記第3の支持部とが連結されている第3の連結部と、
前記第2の可動部の他方側と前記第4の支持部とが連結されている第4の連結部と、
を含み、
前記第2の可動部は、平面視で、前記第3の連結部と前記第4の連結部の間に配置されている第2の基部を含み、
前記櫛歯状の第2の可動電極指は、前記第2の基部に設けられ、
前記櫛歯状の第2の固定電極指は、前記ベース基板に固定されている、物理量センサー。 In any one of Claims 2 thru | or 4,
Including a base substrate,
The first sensor element includes:
A first support part and a second support part attached to the base substrate;
A first movable portion disposed between the first support portion and the second support portion in plan view;
A first connection part in which one side of the first movable part and the first support part are connected;
A second connection part in which the other side of the first movable part and the second support part are connected;
Including
The first movable portion includes a first base portion disposed between the first connecting portion and the second connecting portion in plan view,
The comb-shaped first movable electrode finger is provided on the first base,
The comb-shaped first fixed electrode fingers are fixed to the base substrate,
The second sensor element is
A third support part and a fourth support part attached to the base substrate;
A second movable portion disposed between the third support portion and the fourth support portion in plan view;
A third connection part in which one side of the second movable part and the third support part are connected;
A fourth connection part in which the other side of the second movable part and the fourth support part are connected;
Including
The second movable portion includes a second base portion disposed between the third coupling portion and the fourth coupling portion in plan view,
The comb-shaped second movable electrode finger is provided on the second base,
The comb-shaped second fixed electrode finger is a physical quantity sensor fixed to the base substrate.
前記容器の外側の面を含むベース基板は、ガラスである、物理量センサー。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The physical quantity sensor, wherein the base substrate including the outer surface of the container is glass.
前記容器の前記外側の面に設けられている金属電極と、
前記基体に設けられている金属層と、を備え、
前記容器および前記基体は、前記金属電極と前記金属層との少なくともいずれかを前記接合材として接合されている、物理量センサー。 In claim 1 or 2,
A metal electrode provided on the outer surface of the container;
A metal layer provided on the substrate,
The physical quantity sensor, wherein the container and the base are bonded using at least one of the metal electrode and the metal layer as the bonding material.
前記センサー素子、前記第1のセンサー素子、および前記第2のセンサー素子を制御する処理回路を備えている、物理量センサー。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
A physical quantity sensor comprising a processing circuit for controlling the sensor element, the first sensor element, and the second sensor element.
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、慣性計測装置。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7,
Angular velocity sensor,
A control unit for controlling the physical quantity sensor and the angular velocity sensor;
An inertial measurement device.
測位用衛星から、位置情報が重畳された衛星信号を受信する受信部と、
受信した前記衛星信号に基づいて、前記受信部の位置情報を取得する取得部と、
前記慣性計測装置から出力された慣性データに基づいて、姿勢を演算する演算部と、
算出された前記姿勢に基づいて前記位置情報を補正することにより、移動体の位置を算出する算出部と、
を備えている、移動体測位装置。 An inertial measurement device according to claim 9;
A receiving unit for receiving a satellite signal on which position information is superimposed from a positioning satellite;
An acquisition unit that acquires position information of the reception unit based on the received satellite signal;
Based on the inertial data output from the inertial measurement device, a calculation unit that calculates the posture;
A calculation unit that calculates the position of the moving body by correcting the position information based on the calculated posture;
A mobile body positioning device.
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。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7,
A case containing the physical quantity sensor;
A processing unit housed in the case and processing output data from the physical quantity sensor;
A display unit housed in the case;
A translucent cover closing the opening of the case;
Including portable electronic devices.
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。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7,
A control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor;
Equipped with electronic equipment.
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。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7,
An attitude control unit that performs attitude control based on a detection signal output from the physical quantity sensor;
It is equipped with a moving body.
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---|---|---|---|
JP2017165164A JP2019045168A (en) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | Physical quantity sensor, inertia measurement device, mobile object positioning device, electronic device, and mobile object |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111595315A (en) * | 2020-06-24 | 2020-08-28 | 北京信息科技大学 | T-shaped push-pull flow micromechanical double-shaft film gyroscope |
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2017
- 2017-08-30 JP JP2017165164A patent/JP2019045168A/en active Pending
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CN111595315A (en) * | 2020-06-24 | 2020-08-28 | 北京信息科技大学 | T-shaped push-pull flow micromechanical double-shaft film gyroscope |
CN111595315B (en) * | 2020-06-24 | 2024-02-06 | 北京信息科技大学 | T-shaped push-pull flow micromechanical double-shaft film gyroscope |
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