JP3381515B2 - 加速度センサ - Google Patents

加速度センサ

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JP3381515B2
JP3381515B2 JP10701296A JP10701296A JP3381515B2 JP 3381515 B2 JP3381515 B2 JP 3381515B2 JP 10701296 A JP10701296 A JP 10701296A JP 10701296 A JP10701296 A JP 10701296A JP 3381515 B2 JP3381515 B2 JP 3381515B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、航空機又
は家電製品等に用いられる加速度センサに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の加速度センサとして、図
12に示す構成のものが存在する。このものは、重り部
と、重り部に加速度が印加されることによって撓むよう
一端を重り部に接続した撓み部と、撓み部の撓みに基づ
いて加速度を電気信号に変換するよう撓み部に形成され
たセンサ部と、重り部の外周縁を空間を設けて外囲して
撓み部の他端を支持する支持部と、を備えたセンシング
エレメントAは、プリント基板Bに実装面C1にて接続
される箱型の基台Cに、重り部の重心とセンサ部とを結
ぶ直線がプリント基板Bの基板面B1に対して平行又は
直交するよう所定角度で傾斜して収容されている。
【0003】さらに詳しくは、撓み部の他端が支持部で
支持された片持ち梁構造であって、重り部の重心とセン
サ部とを結ぶ直線と直交方向の一軸加速度のみを検知し
て他軸加速度の感度を低減するため、センシングエレメ
ントAが、所定角度で傾斜して基台Cに収容されてい
る。
【0004】また、端子Dが基台Cの両側壁C2から導
出されて、内部C3に収容されたセンシングエレメント
Aのセンサ部と電気的に接続されて、プリント基板Bに
設けられた回路と接続される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の加速度
センサでは、プリント基板Bに実装面C1にて実装され
て、重り部の重心とセンサ部とを結ぶ直線と直交方向の
加速度を検知できる。
【0006】しかしながら、端子Dが基台Cの側壁C2
から導出されているので、プリント基板Bの基板面B1
に実装したとき、基板面B1における占有面積を低減し
て、高密度実装を図ることが困難であった。
【0007】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、プリント基板の基板面に
おける占有面積を低減して高密度実装できる加速度セン
サを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項1記載のものは、重り部と、重り部に加
速度が印加されることによって撓むよう一端を重り部に
接続した撓み部と、撓み部の撓みに基づいて加速度を電
気信号に変換するよう撓み部に形成されたセンサ部と、
重り部の外周縁を空間を設けて外囲して撓み部の他端を
支持する支持部と、を備えたセンシングエレメントは、
プリント基板に実装面にて接続される箱型の基台に、重
り部の重心とセンサ部とを結ぶ直線がプリント基板の基
板面に対して平行又は直交するよう所定角度で傾斜して
収容されて、その直線と直交方向の加速度を検知する加
速度センサにおいて、前記基台は、前記センサ部と電気
的に接続した配線部が側壁に設けられた成型回路基板で
形成された構成にしてある。
【0009】請求項2記載のものは、請求項1記載のも
のにおいて、前記配線部は、対面する前記両側壁に分割
して設けられた構成にしてある。
【0010】請求項3記載のものは、請求項1記載のも
のにおいて、前記基台は、前記側壁が交差面と略直角で
交差する構成にしてある。
【0011】請求項4記載のものは、請求項3記載のも
のにおいて、並列回路の2組の前記配線部が、対面する
前記両側壁のそれぞれに設けられた構成にしてある。
【0012】請求項5記載のものは、請求項1記載のも
のにおいて、前記基台は、前記センシングエレメントが
配置される前記所定角度で傾斜した傾斜面が設けられた
構成にしてある。
【0013】請求項6記載のものは、請求項5記載のも
のにおいて、前記基台は、センサ部からの信号を処理す
る信号処理回路が、前記傾斜面とは別の位置に配置され
たセラミック基板に設けられた構成にしてある。
【0014】請求項7記載のものは、請求項5記載のも
のにおいて、前記基台は、ワイヤボンディング時の加熱
を均一化する空隙が前記傾斜面の反対側へ設けられた構
成にしてある。
【0015】請求項8記載のものは、請求項6記載のも
のにおいて、前記信号処理回路は、外部に導出されたバ
ンプ部を直接合金化するバンプボンディングでもって前
記セラミック基板に接続された構成にしてある。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の第1実施形態を図1乃至
図9に基づいて以下に説明する。
【0017】1はセンシングエレメントで、薄板状のシ
リコン半導体により、重り部11と撓み部12とセンサ
部13と支持部14とを備えて構成されている。撓み部
12は、重り部11に加速度が印加されることによって
撓むよう、一端を重り部11に接続されている。センサ
部13は、半導体からなるピエゾ抵抗により、撓み部1
2にて形成されて、撓み部12の撓みに基づいて加速度
を電気信号に変換して、一組の並列回路からなる電気信
号を出力する。支持部14は、重り部11の外周縁14
aを空間を設けて外囲して、撓み部12の他端を支持す
る。
【0018】さらに、第1ストッパ15が、略四角形状
に形成されたパイレックスガラスにより、中央部に重り
部11が当接し得る第1当接面15aを有して、その第
1当接面15aと重り部11との間で空隙15bが形成
されて、支持部14の一面側に固着されている。同様
に、第2ストッパ16が、略四角形状に形成されたパイ
レックスガラスにより、中央部に重り部11が当接し得
る第2当接面16aを有して、その第2当接面16aと
重り部11との間で空隙16bが配置されて、支持部1
4の他面側に固着されている。
【0019】2は基台で、絶縁性の樹脂により、略直方
体状の箱型に形成され、対面する側壁21を有して、射
出成形によって金型を使用して3次元で立体成形した
後、鍍金によって電路を形成する成型回路基板、いわゆ
るMoulded Circuit Board,MC
B、でもって形成されている。
【0020】両側壁21a,21bが、交差する交差面
22と略直角で交差している。傾斜部23が、両側壁2
1a,21bに対して傾斜した状態で両側壁21a,2
1bに接続して設けられて、傾斜面23aを形成し、セ
ンシングエレメント1をその傾斜面23aにて配置して
いる。空隙23bが傾斜面23aの反対側へ設けられ
て、傾斜部23の厚さを均一化している。
【0021】さらに、配線部24が両側壁21a,21
bに設けられて、一方配線部24aが一方側壁21aに
他方配線部24bが他方側壁21bに、それぞれ設けら
れている。
【0022】3は信号処理回路で、半導体素子により、
センサ部13と接続されて、センサ部13からの信号を
増幅して処理する。
【0023】4はセラミック基板で、平板状のセラミッ
クにより、回路が形成され、傾斜面23aと対面する位
置、つまり傾斜面23aと別の位置に配置されて、基台
2に収容されている。信号処理回路3が、バンプボンデ
ィングでもって、外部に導出されたバンプ部31と回路
とのそれぞれの金属と直接合金化して、電気的に接合さ
れている。さらに、回路が、基台2の両側壁21a,2
1bに設けられた両配線部24a,24bに導電接着剤
41でもって、電気的に接続されている。また、別のセ
ラミック基板42が、空隙23bに設けられて、抵抗又
はコンデンサ等の部品を搭載している。
【0024】センシングエレメント1のセンサ部13
が、基台2の内部に設けられた内部回路(図示せず)
と、ワイヤ17で接続するワイヤボンディングでもって
電気的に接続されている。このワイヤボンディング時
に、傾斜部23の厚さが均一であるので加熱を均一化し
て、ワイヤボンディング部の温度が一定となる。ワイヤ
17を介して伝達されたセンサ部13からの電気信号
は、信号処理回路3で増幅され処理されて2組の並列回
路を形成し、セラミック基板4に設けられた回路部を経
由して、一方側壁21aの配線部24a及び他方側壁2
1bの配線部24bに、それぞれ伝達される。
【0025】センシングエレメント1を組み立てて傾斜
面23aに配置し、一方、センサ部13からの信号を処
理する信号処理回路3をバンプボンディングでもってセ
ラミック基板4に接合して、セラミック基板4を傾斜面
23aと対面した別の位置に配置して、それぞれを別々
に基台2に収容する。
【0026】プリント基板5の基板面51に対して直交
方向の加速度を検知したいとき、図1に示すように、基
台2の交差面22を実装面としてプリント基板5の基板
面51に実装する。このとき、センシングエレメント1
は、所定角度だけ傾斜した傾斜面23aに配置されてい
るので、重り部11の重心とセンサ部13とを結ぶ直線
がプリント基板5の基板面51に対して平行に位置した
状態で、基台2に収容されることになる。そして、図3
に示すように、一方側壁21aに設けられた一方配線部
24aが、すなわち、センサ部13からの並列回路の一
組が、プリント基板5と電気的に接続される。
【0027】また、プリント基板5の基板面51に対し
て平行方向の加速度を検知したいとき、図6に示すよう
に、他方側壁21b面を実装面として、プリント基板5
の基板面51に実装する。このとき、両側壁21a,2
1bが交差面22と略直角で交差しているので、重り部
11の重心とセンサ部13とを結ぶ直線がプリント基板
5の基板面51に対して直交した状態で、基台2に収容
されることになる。そして、図7に示すように、他方側
壁21bに設けられた他方配線部24bが、すなわち、
センサ部13からの並列回路の一組が、プリント基板5
と電気的に接続される。
【0028】このものの動作を説明する。重り部11に
加速度が印加されると、重り部11が加速度の印加方向
と反対方向に変位して撓み部12が撓み、その撓み部1
2の一面に形成されたセンサ部13であるピエゾ抵抗が
変位して、ピエゾ抵抗の抵抗値が変化する。撓み部12
の一面にはピエゾ抵抗と同じ構造の温度補償用の抵抗部
(図示せず)が形成されていて、ピエゾ抵抗と抵抗部は
互いに接続されてブリッジ回路(図示せず)を形成して
いる。このピエゾ抵抗の抵抗値をブリッジ回路によって
計測することによって、加速度を検出する。
【0029】また、過大な加速度が印加されたときに
は、重り部11が第1ストッパ15の第1当接面15a
に、また逆の加速度が印加されたときは第2ストッパ1
6の第2当接面16aに当接する。つまり、第1ストッ
パ15及び第2ストッパ16は、撓み部12の撓みが一
定値以上になるのを防ぎ、撓み部12の破損を防止して
いる。
【0030】かかる第1実施形態の加速度センサにあっ
ては、上記したように、センシングエレメント1が、重
り部11の重心とセンサ部13とを結ぶ直線がプリント
基板5の基板面51に対して平行又は直交するよう所定
角度で傾斜して基台2に収容されて、その直線と直交方
向の加速度を精度よく検知して、基台2が成型回路基板
で形成されたから、基台2の側壁21から導出された端
子を必要とした従来と異なって、側壁21に設けられて
センサ部13と電気的に接続した配線部24をプリント
基板5と直接接続して、プリント基板5における占有面
積を低減して、高密度で表面実装することができる。
【0031】また、基台2の側壁21が交差面22と略
直角で交差するから、その側壁21又は交差面22をプ
リント基板5への実装面として、品種交換を必要とした
従来と異なって同一機種でもって、プリント基板5の基
板面51に沿った方向又はその直交方向の両方の加速度
を検知することができる。
【0032】また、センサ部13と接続した2組の並列
回路のそれぞれが、両側壁21a,21bの配線部24
と接続されたから、一方又は他方の側壁21をプリント
基板5への実装面として、その実装面に設けられた配線
部24を介してセンサ部13とプリント基板5とを接続
して、どちらの側壁21であっても加速度を検知するこ
とができる。
【0033】また、基台2に所定角度で傾斜した傾斜面
23aが設けられて、その傾斜面23aにセンシングエ
レメント1が配置されたから、傾斜面23aの所定角度
を金型でもって精度よく成形して、重り部11の重心と
センサ部13とを結ぶ直線がプリント基板5の基板面5
1に対して平行又は直交するよう、センシングエレメン
ト1を高精度で基台2に収容することができる。
【0034】また、信号処理回路3がセラミック基板4
に設けられて、そのセラミック基板4が傾斜面23aと
は別の位置に配置されたから、センシングエレメント1
とセンサ部13からの信号を処理する信号処理回路3と
を個別に組み立て、それぞれを別々に基台2に収容し
て、それぞれが集積化されていた従来と異なって歩留り
を向上して、生産性を向上することができる。
【0035】また、空隙23bが基台2の傾斜面23a
の反対側へ設けられたから、傾斜面23aを有する傾斜
部23の厚さを金型でもって均一に成形して加熱を均一
化し、ワイヤボンディング部の温度を一定にして、セン
シングエレメント1と基台2の内部とをワイヤボンディ
ングでもって接続し、空隙23bが設けられていない状
態と比較して、ワイヤボンディング不良を減少すること
ができる。
【0036】また、信号処理回路3がセラミック基板4
にバンプボンディングでもって接続されるから、ワイヤ
ボンディングでもって接続されていた従来と異なって、
信号処理回路3のバンプ部とセラミック基板4に形成さ
れた回路とのそれぞれの金属を直接合金化して、信号処
理回路3とセラミック基板4とを確実に接続することが
できる。
【0037】なお、第1実施形態では、基台2の側壁2
1を交差面22と略直角で交差するものとしたが、交差
面22のみをプリント基板5への実装面とするときは、
直角で交差しなくてもよく、限定されない。
【0038】また、第1実施形態では、並列回路の2組
の配線部24を対面する両側壁21a,21bのそれぞ
れに設けたが、一方側壁21a又は他方側壁21bのい
ずれか一方のみをプリント基板5への実装面とするとき
は、実装面とする一方側壁21a又は他方側壁21bの
いずれか一方に配線部24を設ければよく、限定されな
い。
【0039】また、第1実施形態では、センシングエレ
メント1が配置される所定角度で傾斜した傾斜面23a
を基台2に設けたが、重り部11の重心とセンサ部13
とを結ぶ直線がプリント基板5の基板面51に対して平
行又は直交するよう、傾斜面23aを設けずに、センシ
ングエレメント1を所定角度で傾斜して基台2に収容し
てもよく、限定されない。
【0040】また、第1実施形態では、空隙23bを傾
斜面23aの反対側へ設けて、信号処理回路3をバンプ
ボンディングでもってセラミック基板4に接続したが、
図8に示すように、空隙23bを設けなくてもよく、さ
らに、ワイヤボンディングでもってセラミック基板4に
接続してもよく、限定されない。
【0041】また、第1実施形態では、センサ部13か
らの信号を処理する信号処理回路3を傾斜面23aとは
別の位置に配置されたセラミック基板4に設けたが、信
号処理回路3を基台2に収容しなくてもよく、さらに、
図9に示すように、信号処理回路3をセンシングエレメ
ント1と並設して傾斜面23aに設けて薄型化を図って
もよく、限定されない。
【0042】また、第1実施形態では、プリント基板5
の基板面51に対して平行方向の加速度を検知したいと
き、他方側壁21bを実装面としてプリント基板5の基
板面51に実装したが、一方側壁21aを実装面として
基板面51に実装してもよく、限定されない。
【0043】本発明の第2実施形態を図10乃び図11
に基づいて以下に説明する。なお、第2実施形態では第
1実施形態と異なる機能について述べることとし、第1
実施形態と実質的に同一機能を有する部材については、
同一符号を付して説明を省略する。
【0044】センサ部13と電気的に接続した配線部2
4は、基台2の対面する両側壁21a,21bに設けら
れ、一方側壁21a及び他方側壁21bにそれぞれ設け
られた一方配線部24a及び他方配線部24bが、セン
サ部13からの並列回路を分割して接続されている。ま
た、切り欠き部21cが、接続された配線部24を除い
て、両側壁21a,21bの端部にそれぞれ設けられて
いる。
【0045】かかる第2実施形態の加速度センサにあっ
ては、上記したように、センサ部13と接続した配線部
24が対面する両側壁21a,21bに分割して設けら
れたから、一方側壁21a又は他方側壁21bではな
く、両側壁21a,21bの配線部24でもってセンサ
部13とプリント基板5とを接続して、そのプリント基
板5と実装面との間の隙間をなくして平行度を向上する
ことができる。
【0046】
【発明の効果】請求項1記載のものは、センシングエレ
メントが、重り部の重心とセンサ部とを結ぶ直線がプリ
ント基板の基板面に対して平行又は直交するよう所定角
度で傾斜して基台に収容されて、その直線と直交方向の
加速度を精度よく検知して、基台が成型回路基板で形成
されたから、基台の側壁から導出された端子を必要とし
た従来と異なって、側壁に設けられてセンサ部と電気的
に接続した配線部をプリント基板と直接接続して、プリ
ント基板における占有面積を低減し、高密度で表面実装
することができる。
【0047】請求項2記載のものは、請求項1記載のも
のの効果に加えて、センサ部と接続した配線部が対面す
る両側壁に分割して設けられたから、一方側壁又は他方
側壁ではなく、両側壁の配線部でもってセンサ部とプリ
ント基板とを接続して、そのプリント基板と実装面との
間の隙間をなくして平行度を向上することができる。
【0048】請求項3記載のものは、請求項1記載のも
のの効果に加えて、基台の側壁が交差面と略直角で交差
するから、その側壁又は交差面をプリント基板への実装
面として、品種交換を必要とした従来と異なって同一機
種でもって、プリント基板の基板面に沿った方向又はそ
の直交方向の両方の加速度を検知することができる。
【0049】請求項4記載のものは、請求項3記載のも
のの効果に加えて、センサ部と接続した2組の並列回路
のそれぞれが両側壁の配線部と接続されたから、一方又
は他方の側壁をプリント基板への実装面として、その実
装面に設けられた配線部を介してセンサ部とプリント基
板とを接続して、どちらの側壁であっても加速度を検知
することができる。
【0050】請求項5記載のものは、請求項1記載のも
のの効果に加えて、基台に所定角度で傾斜した傾斜面が
設けられて、その傾斜面にセンシングエレメントが配置
されたから、傾斜面の所定角度を金型でもって精度よく
成形して、重り部の重心とセンサ部とを結ぶ直線がプリ
ント基板の基板面に対して平行又は直交するよう、セン
シングエレメントを高精度で基台に収容することができ
る。
【0051】請求項6記載のものは、請求項5記載のも
のの効果に加えて、信号処理回路がセラミック基板に設
けられて、そのセラミック基板が傾斜面とは別の位置に
配置されたから、センシングエレメントとセンサ部から
の信号を処理する信号処理回路とを個別に組み立て、そ
れぞれを別々に基台に収容して、それぞれが集積化され
ていた従来と異なって歩留りを向上して、生産性を向上
することができる。
【0052】請求項7記載のものは、請求項5記載のも
のの効果に加えて、空隙が基台の傾斜面の反対側へ設け
られたから、傾斜面を有する傾斜部の厚さを金型でもっ
て均一に成形して加熱を均一化しワイヤボンディング部
の温度を一定にして、センシングエレメントと基台の内
部とをワイヤボンディングでもって接続し、空隙が設け
られていない状態と比較して、ワイヤボンディング不良
を減少することができる。
【0053】請求項8記載のものは、請求項6記載のも
のの効果に加えて、信号処理回路がセラミック基板にバ
ンプボンディングでもって接続されるから、ワイヤボン
ディングでもって接続されていた従来と異なって、信号
処理回路のバンプ部とセラミック基板に形成された回路
とのそれぞれの金属を直接合金化して、信号処理回路と
セラミック基板とを確実に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示すプリント基板の基
板面に対して直角方向の加速度を検知する場合の断面図
である。
【図2】同上の基台の斜視図である。
【図3】同上の配線部の下面図である。
【図4】同上のセンシングエレメントの断面図である。
【図5】同上のセンシングエレメントの平面図である。
【図6】同上のプリント基板の基板面に対して平行方向
の加速度を検知する場合の断面図である。
【図7】同上の配線部の下面図である。
【図8】空隙を設けずに、かつ、信号処理回路をセラミ
ック基板にワイヤボンディングでもって接続した断面図
である。
【図9】信号処理回路をセンシングエレメントと並設し
て傾斜面に設けた断面図である。
【図10】本発明の第2実施形態を示す基台の斜視図で
ある。
【図11】同上配線部の下面図である。
【図12】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 センシングエレメント 11 重り部 12 撓み部 12a 外周縁 13 センサ部 14 支持部 2 基台(成型回路基板) 21 側壁(実装面) 22 交差面(実装面) 23a 傾斜面 23b 空隙 24 配線部 3 信号処理回路 31 バンプ部 4 セラミック基板 5 プリント基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 隆児 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 谷口 直博 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 鈴木 俊之 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 野原 一也 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−234244(JP,A) 特開 平7−225242(JP,A) 特開 平6−265569(JP,A) 特開 平8−15302(JP,A) 特開 平5−188082(JP,A) 特開 平4−332871(JP,A) 特開 平9−43075(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 15/08 - 15/12 H01L 29/84

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重り部と、重り部に加速度が印加される
    ことによって撓むよう一端を重り部に接続した撓み部
    と、撓み部の撓みに基づいて加速度を電気信号に変換す
    るよう撓み部に形成されたセンサ部と、重り部の外周縁
    を空間を設けて外囲して撓み部の他端を支持する支持部
    と、を備えたセンシングエレメントは、プリント基板に
    実装面にて接続される箱型の基台に、重り部の重心とセ
    ンサ部とを結ぶ直線がプリント基板の基板面に対して平
    行又は直交するよう所定角度で傾斜して収容されて、そ
    の直線と直交方向の加速度を検知する加速度センサにお
    いて、 前記基台は、前記センサ部と電気的に接続した配線部が
    側壁に設けられた成型回路基板で形成されてなることを
    特徴とする加速度センサ。
  2. 【請求項2】 前記配線部は、対面する前記両側壁に分
    割して設けられたことを特徴とする請求項1記載の加速
    度センサ。
  3. 【請求項3】 前記基台は、前記側壁が交差面と略直角
    で交差することを特徴とする請求項1記載の加速度セン
    サ。
  4. 【請求項4】 並列回路の2組の前記配線部が、対面す
    る前記両側壁のそれぞれに設けられたことを特徴とする
    請求項3記載の加速度センサ。
  5. 【請求項5】 前記基台は、前記センシングエレメント
    が配置される前記所定角度で傾斜した傾斜面が設けられ
    たことを特徴とする請求項1記載の加速度センサ。
  6. 【請求項6】 前記基台は、センサ部からの信号を処理
    する信号処理回路が、前記傾斜面とは別の位置に配置さ
    れたセラミック基板に設けられたことを特徴とする請求
    項5記載の加速度センサ。
  7. 【請求項7】 前記基台は、ワイヤボンディング時の加
    熱を均一化する空隙が前記傾斜面の反対側へ設けられた
    ことを特徴とする請求項5記載の加速度センサ。
  8. 【請求項8】 前記信号処理回路は、外部に導出された
    バンプ部を直接合金化するバンプボンディングでもって
    前記セラミック基板に接続されてなることを特徴とする
    請求項6記載の加速度センサ。
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