JP2019144108A - 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、電子機器及び移動体 - Google Patents
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、電子機器及び移動体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019144108A JP2019144108A JP2018028551A JP2018028551A JP2019144108A JP 2019144108 A JP2019144108 A JP 2019144108A JP 2018028551 A JP2018028551 A JP 2018028551A JP 2018028551 A JP2018028551 A JP 2018028551A JP 2019144108 A JP2019144108 A JP 2019144108A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- physical quantity
- quantity sensor
- sensor
- sensor element
- adhesive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
【課題】高精度で小型な物理量センサーを提供すること。【解決手段】物理量センサー1は、ガラス或いはSiを主成分とする基板としてのベース基板22、内部に収納空間S2を構成するようにベース基板22に接合されている、ガラス或いはSiを主成分とする蓋としてのキャップ部23、及び、収納空間S2に収納されているSiを主成分とする物理量センサー素子片としてのセンサー素子片21、を含む物理量センサー素子としての加速度センサー素子20と、キャップ部23のセンサー素子片21の側とは反対側の面に接着材41を介して接着されている回路素子としてのIC40と、を含み、接着材41のガラス転移温度をTgとしたとき、110℃≦Tgを満たす。【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、電子機器及び移動体に関する。
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のセンサー素子として、例えば、特許文献1には、ガラスを主材料とする基板と、凹部が設けられたシリコンを主材料とする蓋体と、基板と蓋体との間に設けられた機能素子とを備え、蓋体に設けられた貫通孔を封止材によって封止することで基板と蓋体との間を密閉空間とした電子デバイスが記載されている。また、特許文献2には、物理量センサー素子としての振動を電気信号に変換する音圧センサーチップと、センサー素子の駆動を制御するLSIチップとが、セラミックパッケージ内に実装された物理量センサーの構成が開示され、物理量センサー素子と回路素子とがパッケージ基板上に平置き状に平面的に並べて実装されていることが記載されている。
しかしながら、特許文献2に記載の物理量センサーでは、物理量センサー素子と回路素子とがパッケージ基板上に平置き状に平面的に並べて実装されているため、物理量センサーの底面積が大きくなってしまうので、例えば、物理量センサーに変位が加わっていない状態で出力される0点の出力信号(0点バイアス信号)に高い精度を求められるような高精度な物理量センサーを小型化するには困難性があるという問題があった。
本願の物理量センサーは、ガラス或いはSiを主成分とする基板、内部に収納空間を構成するように前記基板に接合されている、ガラス或いはSiを主成分とする蓋、及び、前記収納空間に収納されているSiを主成分とする物理量センサー素子片、を含む物理量センサー素子と、前記蓋の前記物理量センサー素子片の側とは反対側の面に接着材を介して接着されている回路素子と、を含み、前記接着材のガラス転移温度をTgとしたとき、110℃≦Tgを満たすことを特徴とする。
上記の物理量センサーは、115℃≦Tgを満たすことが好ましい。
上記の物理量センサーは、125℃≦Tgを満たすことが好ましい。
上記の物理量センサーにおいて、前記接着材のガラス転移温度Tgは、前記物理量センサー素子の動作温度範囲外にあることが好ましい。
上記の物理量センサーは、前記蓋の前記回路素子側の面に、Au層と、Al或いはAlを含む金属層と、が順に積層され、前記接着材は、前記Al或いはAlを含む金属層の上に積層され、当該接着材は、回路素子と接合していることが好ましい。
上記の物理量センサーにおいて、前記蓋には、平面視で、前記回路素子と重なる領域に封止部材により封止されている貫通孔が設けられていることが好ましい。
上記の物理量センサーにおいて、前記接着材は、エポキシ系の接着材であることが好ましい。
上記の物理量センサーにおいて、前記物理量センサー素子は、加速度センサー素子であることが好ましい。
本願の複合センサーは、上記の物理量センサーと、角速度センサー素子と、を備えることを特徴とする。
本願の慣性計測ユニットは、上記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、を備えることを特徴とする。
本願の携帯型電子機器は、上記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、を備えることを特徴とする。
本願の電子機器は、上記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、を備えていることを特徴とする。
本願の移動体は、上記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、を備えていることを特徴とする。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。また、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。
<実施形態>
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5A、図5B、図6A、図6B、および図6Cを参照して説明する。図1は、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、加速度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加速度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では蓋を透視した状態を示している。図5Aは、加速度センサー素子の概略構成を示す断面図である。図5Bは、加速度センサー素子の概略構成を示す平面図。図6Aは、加速度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。
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5A、図5B、図6A、図6B、および図6Cを参照して説明する。図1は、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、加速度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加速度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では蓋を透視した状態を示している。図5Aは、加速度センサー素子の概略構成を示す断面図である。図5Bは、加速度センサー素子の概略構成を示す平面図。図6Aは、加速度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21x,21y,21z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7を構成するベース部10と蓋体15の積層(配置)方向に沿った方向、換言すれば加速度センサー素子20とベース部10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。構造体5は、物理量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、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。
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。
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、物理量センサー素子としての加速度センサー素子20と、IC40とを含んでいる。加速度センサー素子20は、図4、図5Aおよび図5Bに示すように、基板としてのベース基板22、内部に収納空間S2を構成するようにベース基板22に接合されている蓋としてのキャップ部23、および、収納空間S2に収納されている物理量センサー素子片としてのセンサー素子片21を含んでいる。ベース基板22とキャップ部23は、加速度センサー素子20の容器25を構成している。センサー素子片21は、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を含む。なお、説明の便宜上、図5Aには、Z軸センサー部21zのみを示している。IC40は、キャップ部23のセンサー素子片21の側とは反対側の面、すなわち、キャップ部23の上面に接着材41を介して接着されている。
構造体5は、物理量センサー素子としての加速度センサー素子20と、IC40とを含んでいる。加速度センサー素子20は、図4、図5Aおよび図5Bに示すように、基板としてのベース基板22、内部に収納空間S2を構成するようにベース基板22に接合されている蓋としてのキャップ部23、および、収納空間S2に収納されている物理量センサー素子片としてのセンサー素子片21を含んでいる。ベース基板22とキャップ部23は、加速度センサー素子20の容器25を構成している。センサー素子片21は、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を含む。なお、説明の便宜上、図5Aには、Z軸センサー部21zのみを示している。IC40は、キャップ部23のセンサー素子片21の側とは反対側の面、すなわち、キャップ部23の上面に接着材41を介して接着されている。
構造体5は、図2A、および図2Bに示すように、樹脂接着材18によって、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。このように、加速度センサー素子20とIC40とを積層した構造体5にすることにより、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。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。
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を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。また、加速度センサー素子20のキャップ部23とベース基板22とがボンディングワイヤー44によって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)
図4、図5Aおよび図5Bに示すように、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。
図4、図5Aおよび図5Bに示すように、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、ガラス或いはSi(シリコン)を主成分とする材料で形成されている。ベース基板22が、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)の場合、Si(シリコン)を主成分とする材料で形成されているセンサー素子片21が、ベース基板22に対して陽極接合により強固に接合される。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。ベース基板22が、例えば、高抵抗なシリコン材料の場合、センサー素子片21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。
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612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。
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。このような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を含むセンサー素子片21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。
キャップ部23は、図5A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とで収納空間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、ガラス或いはSiを主成分とする材料で形成されている。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を介して収納空間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。
キャップ部23は、収納空間S2と外部とを連通する貫通孔27を有している。キャップ部23は、上面に開口し略四角錐状に窪む凹部28を有し、貫通孔27は、凹部28の底面に設けられている。貫通孔27は、平面形状が凹部28の底面積よりも小さい円形に形成され、その内壁面は円筒状をなしている。キャップ部23のIC40側、すなわち上面側には、Au層23Aと、Al或いはAlを含む金属層23Bと、が順に積層されている。詳しくは、図5Aおよび図5Bに示すように、凹部28を含むキャップ部23の上面には、例えば、Ti−W合金やCrを下地層としてAu層23Aが積層されている。さらに、凹部28を除くキャップ部23の上面におけるIC40の搭載エリア40Aに、金属層23Bが積層されている。加速度センサー素子20は、キャップ部23の上面を覆うAu層23Aをボンディングワイヤー44を介してグランド電位にすることでシールドされるので、外部からの電磁的ノイズの影響を受け難くなる。
貫通孔27は、収納空間S2を窒素(N2)雰囲気とした状態で、封止部材26により封止される。キャップ部23の上面側の凹部28内に貫通孔27よりも大きい球状の封止部材26が、載置される。そして、封止部材26にレーザービームや電子ビームが照射されることにより、封止部材26が溶融して凹部28内に濡れ広がり、貫通孔27が封止される。凹部28には、Au層23Aが積層されているので、封止部材26が好適に濡れ広がることで、貫通孔27を良好に封止することができる。封止部材26の構成材料としては、Au−Ge合金、Au−Sn合金、Sn−Pb合金、Pb−Ag合金などを用いることができる。
封止部材26により封止されている貫通孔27は、平面視で、IC40と重なる領域、すなわち図5BにおけるIC40の搭載エリア40A内に設けられている。加速度センサー素子20の上面にIC40が搭載されることで、貫通孔27を塞ぐ封止部材26が接着材41でさらに覆われるので、加速度センサー素子の気密が向上する。
封止部材26により封止されている貫通孔27は、平面視で、IC40と重なる領域、すなわち図5BにおけるIC40の搭載エリア40A内に設けられている。加速度センサー素子20の上面にIC40が搭載されることで、貫通孔27を塞ぐ封止部材26が接着材41でさらに覆われるので、加速度センサー素子の気密が向上する。
図2Aおよび図2Bに示すように、IC40は、接着材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。接着材41は、エポキシ系の接着材であることが好ましい。エポキシ系の接着材41は、シリコン系などの他の接着材と比較して収縮率が低いので、接着材の収縮により加速度センサー素子20に生じる歪みを低減することができる。また、エポキシ系の接着材41は、他の接着材と比較して接着力が高いので、加速度センサー素子20とIC40とを好適に接合することができる。
接着材41は、Al或いはAlを含む金属層23Bの上に積層され、接着材41は、IC40と接合している。Alは、Auよりも接着材41との密着性が高いので、加速度センサー素子20とIC40との接着強度が向上する。これにより、物理量センサー1に衝撃が加わることにより生じる加速度センサー素子20とIC40との剥離が抑制されるので、物理量センサー1の信頼性が向上する。なお、接着材41は、Z軸方向からの平面視で、IC40と加速度センサー素子20とが重なる面積に対する接着材41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。
(IC)
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。
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。
(接着材のガラス転移温度)
次に、加速度センサー素子20とIC40との接着に用いる接着材41のガラス転移温度について図7および図8を参照して説明する。図7は、ガラス転移温度を説明するグラフである。図8は、物理量センサーのエージング試験における0点変動を示すグラフである。
次に、加速度センサー素子20とIC40との接着に用いる接着材41のガラス転移温度について図7および図8を参照して説明する。図7は、ガラス転移温度を説明するグラフである。図8は、物理量センサーのエージング試験における0点変動を示すグラフである。
図7は、物質の比容と温度の関係を示すものである。図7の横軸は温度を表し、縦軸は比容を表す。なお、比容とは、単位重量あたりの体積である。ガラス転移温度Tgは、温度の上昇に伴って物質が固体(ガラス)状態からゴム状態に変化する温度である。融点Tmは、温度の上昇に伴って物体がゴム状態から液体状態に変化する温度である。図7から分かるように、物質は、ガラス転移温度Tgを境に、温度変化に伴う比容の変化率が異なる。具体的には、温度がガラス転移温度Tgを超えると、物質の比容の変化率が著しく増大する。換言すると、物質は、温度がガラス転移温度Tg以下のガラス状態で使用することで、その膨張又は収縮を抑制することが可能になる。接着材41においては、ガラス転移温度Tgよりも高い温度では、接着強度、密着性などが劣化する。また、線膨張係数や弾性率などの特性が急激に変化し、この変化に伴って生じるひずみが加速度センサー素子20に伝わり、加速度センサー素子20の精度を低下させる。
図8の横軸は経過時間を表し、縦軸は物理量センサー1に変位が加わっていない状態で出力される0点バイアス信号の変動(0点変動)を表す。図8に示したエージング試験に用いた物理量センサー1の加速度センサー素子20とIC40との接合には、ガラス転移温度Tgが117℃の接着材41が使用されている。図8中の実線aは、保存温度150℃で保存した物理量センサー1の0点変動を示している。破線bは、保存温度125℃で保存した物理量センサー1の0点変動を示している。2点破線cは、保存温度85℃で保存した物理量センサー1の0点変動を示している。1点破線dは、保存温度−40℃で保存した物理量センサー1の0点変動を示している。実線eは、保存温度25℃で保存した物理量センサー1の0点変動を示している。図8からわかるように、ガラス転移温度Tg以下の保存温度で保存された物理量センサー1は、0点変動が所定の変動量以下に収まり、ガラス転移温度Tgを超える保存温度で保存された物理量センサー1は、0点変動が著しく大きくなる。
ガラス転移温度をTgとした時、加速度センサー素子20とIC40との接着に用いる接着材41は、110℃≦Tgを満たすことが好ましい。接着材41は、110℃以下の温度領域にて線膨張係数や弾性率などの特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサー1は、110℃以下の温度範囲で使用することで高い精度を発揮することができる。換言すると、ガラス転移温度Tgが110℃以上の接着材41を用いることで、加速度センサー素子20とIC40とを積層構造にした高精度な物理量センサー1が実現可能になる。
接着材41は、115℃≦Tgを満たすことが更に好ましい。接着材41は、115℃以下の温度領域にて線膨張係数や弾性率などの特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサー1は、115℃以下の温度範囲で使用することで高い精度を発揮することができる。
接着材41は、125℃≦Tgを満たすことが特に好ましい。接着材41は、125℃以下の温度領域にて線膨張係数や弾性率などの特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサー1は、125℃以下の温度範囲で使用することで高い精度を発揮することができる。これにより、車載用途などの使用温度の高い領域で使用する物理量センサー1を実現することができる。
接着材41のガラス転移温度Tgは、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。接着材41は、動作温度範囲内にて特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサー1は、動作温度範囲内で高い精度を発揮することができる。
以上述べたように、本実施形態に係る物理量センサー1によれば、以下の効果を得ることができる。
物理量センサー1は、パッケージ7内に構造体5を有している。構造体5は、加速度センサー素子20と、加速度センサー素子20のキャップ部23の上面にガラス転移温度Tgが110℃以上の接着材を介して接着されたIC40とで構成されている。接着材41は、110℃以下の温度領域にて線膨張係数や弾性率などの特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサー1は、110℃以下の温度範囲で使用することで高い精度を発揮することができる。換言すると、ガラス転移温度Tgが110℃以上の接着材41を用いることで、加速度センサー素子20とIC40とを積層構造にした高精度な物理量センサー1が実現可能になる。したがって、高精度で小型な物理量センサー1を提供することができる。
物理量センサー1は、パッケージ7内に構造体5を有している。構造体5は、加速度センサー素子20と、加速度センサー素子20のキャップ部23の上面にガラス転移温度Tgが110℃以上の接着材を介して接着されたIC40とで構成されている。接着材41は、110℃以下の温度領域にて線膨張係数や弾性率などの特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサー1は、110℃以下の温度範囲で使用することで高い精度を発揮することができる。換言すると、ガラス転移温度Tgが110℃以上の接着材41を用いることで、加速度センサー素子20とIC40とを積層構造にした高精度な物理量センサー1が実現可能になる。したがって、高精度で小型な物理量センサー1を提供することができる。
加速度センサー素子20と、IC40とは、ガラス転移温度Tgが115℃以上の接着材41を介して接着されることが好ましい。接着材41は、115℃以下の温度領域にて線膨張係数や弾性率などの特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサー1は、115℃以下の温度範囲で使用することで高い精度を発揮することができる。
加速度センサー素子20と、IC40とは、ガラス転移温度Tgが125℃以上の接着材41を介して接着されることが特に好ましい。接着材41は、125℃以下の温度領域にて線膨張係数や弾性率などの特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサー1は、125℃以下の温度範囲で使用することで高い精度を発揮することができる。これにより、車載用途などの使用温度の高い領域で使用する物理量センサー1を実現することができる。
加速度センサー素子20と、IC40とは、ガラス転移温度Tgが動作温度範囲外にある接着材41を介して接着されることが好ましい。接着材41は、動作温度範囲内にて特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサー1は、動作温度範囲内で高い精度を発揮することができる。
キャップ部23のIC40側、すなわち上面側には、Au層23Aと、Al或いはAlを含む金属層23Bと、が順に積層されている。加速度センサー素子20は、キャップ部23の上面を覆うAu層23Aをボンディングワイヤー44を介してグランド電位にすることでシールドされるので、外部からの電磁的ノイズの影響を受け難くなる。
また、Alは、Auよりも接着材41との密着性が高いので、加速度センサー素子20とIC40との接着強度が向上する。これにより、物理量センサー1に衝撃が加わることにより生じる加速度センサー素子20とIC40との剥離が抑制されるので、物理量センサー1の信頼性が向上する。
また、Alは、Auよりも接着材41との密着性が高いので、加速度センサー素子20とIC40との接着強度が向上する。これにより、物理量センサー1に衝撃が加わることにより生じる加速度センサー素子20とIC40との剥離が抑制されるので、物理量センサー1の信頼性が向上する。
キャップ部23には、IC40と重なる領域に封止部材26により封止されている貫通孔27が設けられている。これにより、貫通孔27を塞ぐ封止部材26が接着材41でさらに覆われるので、加速度センサー素子20の気密が向上する。
加速度センサー素子20と、IC40とは、エポキシ系の接着材41を介して接着されることが好ましい。エポキシ系の接着材41は、他の接着材よりも接着力が高く、収縮率が小さいので、加速度センサー素子20とIC40とを好適に接合することができる。
物理量センサー1は、物理量センサー素子として加速度センサー素子20を備えているので、小型な加速度センサーを構成することができる。
なお、上述した実施形態では、物理量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9および図10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9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9は、加速度センサー素子の応用例1を示す平面図である。
先ず、図9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9は、加速度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9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、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10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10は、加速度センサー素子の応用例2を示す平面図である。
次に、図10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10は、加速度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10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、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。
(角速度センサー素子)
ここで、図11A、および図11Bを参照して、角速度センサー素子の一例を説明する。図11A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11Aではリッド(蓋体)を省略している。図11Bは、角速度センサー素子の一例を示す図11Aの断面図である。なお、図11A、および図11B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、角速度センサー素子300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」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。
ここで、図11A、および図11Bを参照して、角速度センサー素子の一例を説明する。図11A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11Aではリッド(蓋体)を省略している。図11Bは、角速度センサー素子の一例を示す図11Aの断面図である。なお、図11A、および図11B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、角速度センサー素子300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」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。
図11Aおよび図11Bに示す角速度センサー素子300は、ジャイロ素子片342と、ジャイロ素子片342を収納するパッケージ349とを有している。以下、ジャイロ素子片342およびパッケージ349について順次詳細に説明する。
図11Aは、上側(リッド343側)から見たジャイロ素子片342を示している。なお、ジャイロ素子片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。
ジャイロ素子片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。ジャイロ素子片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片342が得られる。
このようなジャイロ素子片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片342は、次のようにしてz軸まわりの角速度ωを検出する。ジャイロ素子片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、ジャイロ素子片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。
ジャイロ素子片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、ジャイロ素子片342を収納するものである。なお、パッケージ349には、ジャイロ素子片342の他に、ジャイロ素子片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、ジャイロ素子片342が気密的に収納、設置されている。
ジャイロ素子片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、ジャイロ素子片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、ジャイロ素子片342の振動体344が両持ち支持され、ジャイロ素子片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片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12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12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12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12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12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、ジャイロ素子片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13および図14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13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14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13および図14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13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14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13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14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14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11Aおよび図11B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。
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5A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は、実施形態で示した高精度で小型な物理量センサー1を備えている。したがって、小型で高性能な慣性計測ユニット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を用いた携帯型電子機器について、図15および図16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を用いた携帯型電子機器について、図15および図16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15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16参照)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16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、実施形態で示した高精度で小型な物理量センサー1、および処理部100を備えている。したがって、小型で高性能なリスト機器1000を提供することができる。
(電子機器)
次に、物理量センサー1を用いた電子機器について、図17〜図19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を用いた電子機器について、図17〜図19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17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17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。
図18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信号(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19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、実施形態で示した高精度で小型な物理量センサー1、および制御部1110,1201,1316を備えている。したがって、小型で高性能な電子機器を提供することができる。
なお、物理量センサー1を備える電子機器は、図17のパーソナルコンピューター、図18のスマートフォン(携帯電話機)、図19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20に示し、詳細に説明する。図20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20に示し、詳細に説明する。図20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20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、実施形態で示した高精度で小型な物理量センサー1、および制御部(不図示)を備えているので、小型で高性能な移動体を提供することができる。
以上、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、物理量センサーの物理量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。
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
本願の物理量センサーは、ガラス或いはSiを主成分とする基板、内部に収納空間を構成するように前記基板に接合されている、ガラス或いはSiを主成分とする蓋、及び、前記収納空間に収納されているSiを主成分とする物理量センサー素子片、を含む物理量センサー素子と、前記蓋の前記物理量センサー素子片の側とは反対側の面に接着材を介して接着されている回路素子と、を含み、前記接着材のガラス転移温度をTgとしたとき、110℃≦Tgを満たすことを特徴とする。
本願の物理量センサーは、ガラス或いはSiを主成分とする基板、内部に収納空間を構成するように前記基板に接合されている、ガラス或いはSiを主成分とする蓋、及び、前記収納空間に収納されているSiを主成分とする物理量センサー素子片、を含む物理量センサー素子と、前記蓋の前記物理量センサー素子片の側とは反対側の面に接着材を介して接着されている回路素子と、を含み、前記接着材のガラス転移温度をTgとしたとき、110℃≦Tgを満たすことを特徴とする。
この構成によれば、回路素子は、物理量センサー素子を構成する蓋の物理量センサー素子片とは反対側の面にガラス転移温度Tgが110℃以上の接着材を介して接着されている。接着材は、110℃以下の温度領域にて特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサーは、110℃以下の温度範囲で使用することで高い精度を発揮することができる。換言すると、ガラス転移温度Tgが110℃以上の接着材を用いることで、物理量センサー素子と回路素子とを積層構造にした高精度な物理量センサーが実現可能になる。したがって、高精度で小型な物理量センサーを提供することができる。
上記の物理量センサーは、115℃≦Tgを満たすことが好ましい。
この構成によれば、回路素子は、ガラス転移温度Tgが115℃以上の接着材を介して物理量センサー素子の蓋に接着されている。接着材は、115℃以下の温度領域にて特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサーは、115℃以下の領域で高い精度を発揮することができる。
上記の物理量センサーは、125℃≦Tgを満たすことが好ましい。
この構成によれば、回路素子は、ガラス転移温度Tgが125℃以上の接着材を介して物理量センサー素子の蓋に接着されている。接着材は、125℃以下の温度領域にて特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサーは、125℃以下の領域で高い精度を発揮することができる。これにより、車載用途などの使用温度の高い領域で使用する物理量センサーを実現することができる。
上記の物理量センサーにおいて、前記接着材のガラス転移温度Tgは、前記物理量センサー素子の動作温度範囲外にあることが好ましい。
この構成によれば、回路素子は、ガラス転移温度Tgが動作温度範囲外にある接着材を介して物理量センサー素子の蓋に接着されている。接着材は、動作温度範囲内にて特性の変化が生じ難い固体状態を保つので、物理量センサーは、動作温度範囲内で高い精度を発揮することができる。
上記の物理量センサーは、前記蓋の前記回路素子側の面に、Au層と、Al或いはAlを含む金属層と、が順に積層され、前記接着材は、前記Al或いはAlを含む金属層の上に積層され、当該接着材は、回路素子と接合していることが好ましい。
この構成によれば、物理量センサー素子の蓋の回路素子側の面には、Au層と、Al或いはAlを含む金属層とが順に積層されている。物理量センサー素子は、この金属層により、シールドされ、外部からの電磁的ノイズの影響を受け難くなる。また、Alは、Auよりも接着材との密着性が高いので、物理量センサー素子と回路素子との接着強度が向上する。
上記の物理量センサーにおいて、前記蓋には、平面視で、前記回路素子と重なる領域に封止部材により封止されている貫通孔が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、貫通孔を塞ぐ封止部材を接着材がさらに覆うで、物理量センサー素子の気密が向上する。
上記の物理量センサーにおいて、前記接着材は、エポキシ系の接着材であることが好ましい。
この構成によれば、エポキシ系の接着材は、他の接着材よりも接着力が高く、収縮率が小さいので、物理量センサー素子と回路素子とを好適に接合することができる。
上記の物理量センサーにおいて、前記物理量センサー素子は、加速度センサー素子であることが好ましい。
この構成によれば、物理量センサー素子として、加速度センサー素子を備えることで、小型な加速度センサーを構成することができる。
本願の複合センサーは、上記の物理量センサーと、角速度センサー素子と、を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、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。
本願の慣性計測ユニットは、上記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、を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、高精度で小型化な物理量センサーを備えることにより、小型で高性能な慣性計測ユニットを提供することができる。
本願の携帯型電子機器は、上記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信号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、を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、高精度で小型化な高精度の物理量センサーを備えることにより、小型で高性能な携帯型電子機器を提供することができる。
本願の電子機器は、上記の物理量センサーと、前記物理量センサーからの出力信号に基づいて制御を行う制御部と、を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、高精度で小型化な物理量センサーを備えることにより、小型で高性能な電子機器を提供することができる。
本願の移動体は、上記の物理量センサーと、前記物理量センサーからの出力信号に基づいて制御を行う制御部と、を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、高精度で小型化な物理量センサーを備えることにより、小型で高性能な移動体を提供することができる。
1…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…樹脂接着材、19…内部端子、20…物理量センサー素子としての加速度センサー素子、21…物理量センサー素子片としてのセンサー素子片、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…基板としてのベース基板、23…蓋としてのキャップ部、23A…Au層、23B…金属層、24…ガラスフリット、25…容器、26…封止部材、27…貫通孔、29…接続端子、30…ケース、40…回路素子としてのIC、41…接着材、45…信号処理部、46…出力部、71…透光性カバー、100…処理部、150…表示部、300…角速度センサー素子、319…制御部としての制御IC、342…ジャイロ素子片、900…複合センサー、1000…携帯型電子機器としてのリスト機器、1100…電子機器としてのパーソナルコンピューター、1110…制御部、1200…電子機器としてのスマートフォン、1201…制御部、1300…電子機器としてのディジタルスチールカメラ、1316…制御部、1440…電子機器としてのパーソナルコンピューター、1500…移動体としての自動車、1502…制御部としての車体姿勢制御装置、3000…慣性計測ユニット、S2…収納空間。
Claims (13)
- ガラス或いはSiを主成分とする基板、内部に収納空間を構成するように前記基板に接合されている、ガラス或いはSiを主成分とする蓋、及び、前記収納空間に収納されているSiを主成分とする物理量センサー素子片、を含む物理量センサー素子と、
前記蓋の前記物理量センサー素子片の側とは反対側の面に接着材を介して接着されている回路素子と、を含み、
前記接着材のガラス転移温度をTgとしたとき、
110℃≦Tg
を満たすこと、
を特徴とする物理量センサー。 - 請求項1において、
115℃≦Tg
を満たすこと、
を特徴とする物理量センサー。 - 請求項2において、
125℃≦Tg
を満たすこと、
を特徴とする物理量センサー。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記接着材のガラス転移温度Tgは、前記物理量センサー素子の動作温度範囲外にあること、
を特徴とする物理量センサー。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記蓋の前記回路素子側の面に、Au層と、Al或いはAlを含む金属層と、が順に積層され、
前記接着材は、前記Al或いはAlを含む金属層の上に積層され、当該接着材は、回路素子と接合していること、
を特徴とする物理量センサー。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記蓋には、平面視で、前記回路素子と重なる領域に封止部材により封止されている貫通孔が設けられていること、
を特徴とする物理量センサー。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
前記接着材は、エポキシ系の接着材であること、
を特徴とする物理量センサー。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
前記物理量センサー素子は、加速度センサー素子であること、
を特徴とする物理量センサー。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
角速度センサー素子と、
を備えていること、
を特徴とする複合センサー。 - 請求項1乃至請求項8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、
を備えていること、
を特徴とする慣性計測ユニット。 - 請求項1乃至請求項8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信号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、
を備えていること、
を特徴とする携帯型電子機器。 - 請求項1乃至請求項8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の出力信号に基づいて制御を行う制御部と、
を備えていること、
を特徴とする電子機器。 - 請求項1乃至請求項8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の出力信号に基づいて制御を行う制御部と、
を備えていることを特徴とする移動体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018028551A JP2019144108A (ja) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | 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、電子機器及び移動体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018028551A JP2019144108A (ja) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | 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、電子機器及び移動体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019144108A true JP2019144108A (ja) | 2019-08-29 |
Family
ID=67772530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018028551A Pending JP2019144108A (ja) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | 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、電子機器及び移動体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019144108A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10600559B2 (en) * | 2016-04-28 | 2020-03-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Coil component |
CN115616008A (zh) * | 2021-07-13 | 2023-01-17 | 同方威视技术股份有限公司 | 臂架、移动式辐射探测设备、验收系统和安检方法 |
US11614462B2 (en) | 2018-05-31 | 2023-03-28 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, composite sensor, inertial measurement unit, vehicle positioning device, portable electronic device, electronic device, vehicle, traveling supporting system, display device, and manufacturing method for physical quantity sensor |
-
2018
- 2018-02-21 JP JP2018028551A patent/JP2019144108A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10600559B2 (en) * | 2016-04-28 | 2020-03-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Coil component |
US11614462B2 (en) | 2018-05-31 | 2023-03-28 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, composite sensor, inertial measurement unit, vehicle positioning device, portable electronic device, electronic device, vehicle, traveling supporting system, display device, and manufacturing method for physical quantity sensor |
CN115616008A (zh) * | 2021-07-13 | 2023-01-17 | 同方威视技术股份有限公司 | 臂架、移动式辐射探测设备、验收系统和安检方法 |
CN115616008B (zh) * | 2021-07-13 | 2023-12-15 | 同方威视技术股份有限公司 | 臂架、移动式辐射探测设备、验收系统和安检方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7139661B2 (ja) | 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、電子機器および移動体 | |
EP3441771B1 (en) | Physical quantity sensor, inertial measurement unit, electronic apparatus, and vehicle | |
CN110082565B (zh) | 物理量传感器、电子设备以及移动体 | |
US11022625B2 (en) | Physical quantity sensor having a movable portion including a frame surrounding a fixed portion fixed to a substrate | |
JP2019032222A (ja) | 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 | |
JP6943122B2 (ja) | 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 | |
JP7056099B2 (ja) | 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
JP2019144108A (ja) | 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、電子機器及び移動体 | |
US11112424B2 (en) | Physical quantity sensor, complex sensor, inertial measurement unit, portable electronic device, electronic device, and vehicle | |
JP2019132690A (ja) | 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体および物理量センサーの出力信号調整方法 | |
JP2019078608A (ja) | 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
JP2019078607A (ja) | 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
US20190162619A1 (en) | Physical Quantity Sensor, Physical Quantity Sensor Device, Complex Sensor Device, Electronic Device, And Vehicle | |
JP2019045168A (ja) | 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 | |
JP6930396B2 (ja) | 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、携帯型電子機器および移動体 | |
JP2019100727A (ja) | 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体および物理量センサーの製造方法 | |
JP2019052883A (ja) | 物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
JP2019074433A (ja) | 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
JP7135291B2 (ja) | 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 | |
JP7159548B2 (ja) | 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
JP2019148435A (ja) | 物理量センサーの製造方法 | |
JP2019132688A (ja) | 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
JP2019132689A (ja) | 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
JP2019082348A (ja) | センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
JP2019215268A (ja) | 物理量センサー、移動体測位装置、電子機器、および移動体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20180910 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20181121 |
|
RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20200807 |