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JP6464749B2 - 物理量センサー、電子機器および移動体 - Google Patents

物理量センサー、電子機器および移動体 Download PDF

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Description

本発明は、物理量センサー、電子機器および移動体に関するものである。
近年、複数の物理量検出素子を備えたセンサーとして、例えば角速度検出素子および加速度検出素子を備え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は、例えば、デジタルスチルカメラ(DSC)の手ブレ補正機能、自動車のナビゲーションシステム、ゲーム機器での動作入力装置等に用いることができる。
また、このような物理量センサーは、角速度検出素子および加速度検出素子が1つのパッケージ内に収納されている。しかし、このような物理量センサーでは、一般的に、パッケージに角速度検出素子および加速度検出素子を直接固定することで、これらを支持しているため、角速度検出素子の振動がパッケージを介して加速度検出素子に伝搬されやすい。このため、前記振動によって、加速度検出素子に加速度が加わっていないにも関わらず、加速度が検出されてしまうという問題があった。
このような問題を解決するために、例えば、特許文献1には、防振端子を介して角速度検出素子をパッケージに固定し、かつ、加速度検出素子をパッケージに固定した構成の物理量センサーが開示されている。しかしながら、特許文献1に開示されているような構成では、角速度検出素子を支持するために防振端子を十分に強度のある構成としなければならない。このため、防振端子で、角速度検出素子の振動を十分に減衰させることができなかった。
特開2012−63243号公報
本発明の目的は、振動素子の振動に起因する加速度検出素子の検出精度の低下を低減することができる物理量センサー、かかる物理量センサーを備えた電子機器および移動体を提供することにある。
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、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本適用例の物理量センサーは、駆動振動する振動素子と、
加速度を検出する加速度検出素子と、
前記振動素子および前記加速度検出素子のうちの少なくとも一方と電気的に接続されている半導体素子と、
前記振動素子、前記加速度検出素子および前記半導体素子を収納する収納空間を有しているパッケージと、を有し、
前記加速度検出素子は、前記半導体素子を介して前記パッケージに固定され、
前記パッケージの平面視で、前記加速度検出素子の少なくとも一部が、前記振動素子と重なっていることを特徴とする。
これにより、半導体素子を介してパッケージに固定されているため、振動素子の振動を減衰させることができ、前記振動が加速度検出素子に伝搬され難くなる。その結果、前記振動に起因した加速度検出素子の検出精度の低下を低減することができる。
また、たとえ振動素子の振動が加速度検出素子に伝搬されても、その振動は、加速度検出素子内にほぼ均一に伝搬される。このため、前記振動により加速度検出素子の検出精度が低下することをより低減することができる。
[適用例2]
本適用例の物理量センサーでは、前記振動素子は、角速度を検出する角速度検出素子であることが好ましい。
これにより、物理量センサーに加わった角速度を検出することができる。
[適用例3]
本適用例の物理量センサーでは、前記振動素子と前記加速度検出素子とは、前記パッケージの厚さ方向にずれて配置されていることが好ましい。
これにより、物理量センサーの幅方向(面内方向)の寸法を抑えることができる。
[適用例4]
本適用例の物理量センサーでは、前記半導体素子は、ワイヤーを介して前記パッケージに接続されており、
前記加速度検出素子の頂部は、前記ワイヤーの頂部よりも前記半導体素子側に位置していることが好ましい。
これにより、物理量センサーの更なる低背化を図ることができる。
[適用例5]
本適用例の物理量センサーでは、前記収納空間内に支持基板を備え、
前記振動素子は、前記支持基板を介して前記パッケージに固定されていることが好ましい。
これにより、振動素子と加速度検出素子との間の振動の伝搬経路を長くすることができ、加速度検出素子に振動素子の振動がより伝搬され難くなる。また、振動素子が支持基板を介してパッケージに接続されていることで、パッケージの歪みが振動素子に伝搬されることを低減することができる。
[適用例6]
本適用例の物理量センサーでは、前記支持基板は、その両端部で前記パッケージに固定されていることが好ましい。
これにより、振動素子と加速度検出素子との間の振動の伝搬経路をさらに長くすることができ、加速度検出素子に振動素子の振動がさらに伝搬され難くなる。
[適用例7]
本適用例の物理量センサーでは、前記支持基板は、枠体と、前記枠体から少なくとも一部が突出しているリードとを備え、
前記リードは、前記枠体から突出している部分において、前記振動素子に接続されていることが好ましい。
このように、振動素子が、支持基板が備えるリードに固定されることにより、振動素子の振動を減衰することができ、前記振動が加速度検出素子により一層伝搬され難くなる。
[適用例8]
本適用例の電子機器は、上記適用例に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
[適用例9]
本適用例の移動体は、上記適用例に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体を提供することができる。
本発明の物理量センサーの第1実施形態を示す断面図である。 図1に示す物理量センサーの平面図(上面図)である。 図1に示す物理量センサーのE−E線断面図である。 図3に示す加速度検出チップの断面図である。 図4に示す加速度検出素子を示す平面図である。 図1に示す支持基板を示す図である。 図1に示す角速度検出素子を示す平面図である。 図1に示す角速度検出素子と加速度検出チップとの位置関係を説明するための図であり、(a)が断面図、(b)が平面図である。 第1実施形態の変形例を説明するための図であり、(a)が断面図、(b)が平面図である。 本発明の物理量センサーの第2実施形態を示す断面図である。 本発明の物理量センサーの第3実施形態を示す断面図である。 図11に示す角速度検出素子を示す平面図である。 本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。 本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の物理量センサーを備える移動体の一例を示す斜視図である。
以下、本発明の物理量センサー、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。
1.物理量センサー
<第1実施形態>
まず、本発明の物理量センサーの第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の物理量センサーの第1実施形態を示す断面図、図2は、図1に示す物理量センサーの平面図(上面図)、図3は、図1に示す物理量センサーのE−E線断面図、図4は、図3に示す加速度検出チップの断面図、図5は、図4に示す加速度検出素子を示す平面図、図6は、図1に示す支持基板を示す図、図7は、図1に示す角速度検出素子を示す平面図、図8は、図1に示す角速度検出素子と加速度検出チップとの位置関係を説明するための図であり、(a)が断面図、(b)が平面図である。
なお、図1、図3、図4では、加速度検出素子44、45の図示を簡略化している。また、図2では、説明の便宜上、リッド22の図示を省略しており、また、図8(b)では、説明の便宜上、支持基板5の図示を省略している。
また、図1〜図8では、説明の便宜上、互いに直交する3軸として、x軸(第1軸)、y軸(第2軸)およびz軸(第3軸)を図示しており、その図示した矢印の先端側を「+側」、基端側を「−側」とする。また、以下では、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」と言い、+z側(図1中の上側)を「上」、−z側(図1中の下側)を「下」と言う。
図1および図2に示す物理量センサー1は、z軸まわりの角速度と、x軸方向およびy軸方向を含む面内方向の加速度と、を検出することができるセンサーである。
この物理量センサー1は、収納空間S1を有するパッケージ2と、収納空間S1に収納されたICチップ3、加速度検出チップ4、支持基板5および角速度検出素子6と、を有している。
《パッケージ》
パッケージ2は、ICチップ3、加速度検出チップ4、支持基板5および角速度検出素子6を収納する部材である。
図1に示すように、パッケージ2は、上面に開口している凹部211を有するベース21と、凹部211の開口を塞ぐようにベース21に接合されているリッド(蓋体)22とを有し、凹部211がリッド22で塞がれることで収納空間S1が形成されている。
収納空間S1には、ICチップ3、加速度検出チップ4、支持基板5および角速度検出素子6が気密的に収納されている。本実施形態では、収納空間S1内で、ICチップ3、加速度検出チップ4、支持基板5および角速度検出素子6がパッケージ2の厚さ方向(z軸方向)に沿って、下側からこの順で並んでいる。なお、収納空間S1は、減圧状態(例えば、10Pa以下)となっている。
凹部211は、ベース21の上面に開口している第1の凹部211aと、第1の凹部211aの底面に開口し、かつ、第1の凹部211aよりも小さい第2の凹部211bと、第2の凹部211bの底面に開口し、かつ、第2の凹部211bよりも小さい第3の凹部211cとを有している。
図1および図2に示すように、第1の凹部211aの底面には、複数(本実施形態では6個)のボンディングパッド15a、15b、15c、15d、15e、15fが形成されている。また、図1および図3に示すように、第2の凹部211bの底面には、複数(本実施形態では8個)のボンディングパッド14が形成されている。また、図1に示すように、ベース21の下面(パッケージ2の裏面)215には、複数の外部実装端子16が形成されている。
複数のボンディングパッド14のうちの一部は、ベース21内に形成された図示しない内部配線を介して、ボンディングパッド15a、15b、15c、15d、15e、15fに接続されている。また、複数のボンディングパッド14の残りは、複数の外部実装端子16に接続されている。
なお、ベース21の構成材料としては、特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。
一方、リッド22は、平面視形状が四角形の板状をなしている。このリッド22は、凹部211の開口を塞ぐように、シームリング23を介してベース21にシーム溶接によって接合されている。
なお、リッド22の構成材料としては、特に限定されないが、ベース21の構成材料と線膨張係数が近似する部材であるのが好ましい。例えば、ベース21の構成材料がセラミックスである場合には、リッド22の構成材料としてはコバール等の合金であるのが好ましい。
《ICチップ》
図1に示すように、ICチップ3は、ダイパッド13を介して凹部211の底面(第3の凹部211cの底面)に固定されている。なお、ICチップ3とダイパッド13とは、銀ペースト等の接着剤を介して接合されている。また、図4に示すように、ICチップ3は、その平面積がダイパッド13の平面積よりも若干小さく、パッケージ2の平面視でダイパッド13に内包されている。
このICチップ3は、図示はしないが、加速度検出チップ4および角速度検出素子6を駆動させる駆動回路と、加速度検出チップ4および角速度検出素子6からの信号に基づいて加速度や角速度を検出する検出回路と、検出回路で検出された加速度や角速度を所定の信号に変換して出力する出力回路と、を有している。
図1および図3に示すように、ICチップ3の上面の縁部には、複数の接続端子31が設けられている。これら接続端子31は、それぞれ、ボンディングワイヤー84を介して、ボンディングパッド14に電気的に接続されている。
《加速度検出チップ》
図1に示すように、加速度検出チップ4は、接着シート81を介してICチップ3上に固定されている。また、図3に示すように、加速度検出チップ4は、その平面積がICチップ3の平面積よりも小さく、ICチップ3上の接続端子31が収納空間S1に露出するようにICチップ3の中央部に配置されている。
加速度検出チップ4は、x軸方向およびy軸方向を含む面内方向の加速度を検出する機能を有する。この加速度検出チップ4は、図4に示すように、収納空間S2を有するケース41と、ケース41内に収納された2つの加速度検出素子44、45とを有している。
[ケース]
ケース41は、平面視形状が四角形状であるベース基板42と、蓋部材43とを有する。
ベース基板42は、上面に開口している2つの凹部421、422を有している。凹部421上には、加速度検出素子44を載置され、凹部422上には加速度検出素子45が載置されている。
このベース基板42の上面に、蓋部材43が接合されている。蓋部材43は、下面に開口している凹部431を有している。蓋部材43がベース基板42に接合されることにより、凹部431と凹部421、422とで加速度検出素子44、45を収納する収納空間S2が形成されている。なお、収納空間S2は、例えば、大気圧状態となっている。
なお、ケース41の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコン材料、ガラス材料等を用いることができる。
[加速度検出素子]
図4に示すように、加速度検出素子44、45は、それぞれ、上述したケース41に収納されており、互いにx軸方向に沿って並んでいる。また、加速度検出素子44、45は、互いにほぼ同様の構成である。ただし、加速度検出素子45は、加速度検出素子44を平面視で時計回りに90度回転したような状態で配置されている。
以下、加速度検出素子44、45の構成について詳述するが、前述したように加速度検出素子44、45は互いに同様であるため、加速度検出素子44の説明は省略し、加速度検出素子45について代表して説明する。
図5に示すように、加速度検出素子45は、素子片40と、ベース基板42上に形成された導電パターン47とを有している。
素子片40は、固定部401、402と、連結部403、404と、可動部405と、複数の可動電極部406と、複数の固定電極部407、408とを有する。なお、固定部401、402と、連結部403、404と、可動部405と、複数の可動電極部406とは、一体的に形成されている。
固定部401、402は、それぞれ、ベース基板42の上面に接合されている。また、固定部401、402は、平面視において凹部422を介して互いに対向するように、凹部422の外縁近傍に設けられている。
可動部405は、x軸方向に延びた長尺状をなし、固定部401と固定部402との間に設けられている。
連結部403、404は、可動部405を固定部401、402に連結している。連結部403、404は、それぞれ、x軸方向に可動部405を変位し得るように構成されている。
可動電極部406は、可動部405に接続されている。可動電極部406は、複数(本実施形態では10個)設けられており、それぞれx軸方向に延びた長尺状をなしている。これら可動電極部406は、可動部405から+x軸方向または−x軸方向に突出し、櫛歯状をなすようにy軸方向に一定の間隔で並んでいる。
固定電極部407は、複数(本実施形態では8個)設けられており、それぞれx軸方向に延びた長尺状をなしている。これら固定電極部407は、それぞれ、一方の端部が固定端としてベース基板42の上面に接合され、他方の端部が自由端として可動部405側に延出している。
同様に、固定電極部408は、複数(本実施形態では8個)設けられており、それぞれx軸方向に延びた長尺状をなしている。これら固定電極部408は、それぞれ、一方の端部が固定端としてベース基板42の上面に接合され、他方の端部が自由端として可動部405側に延出している。
これら固定電極部407、408は、櫛歯状をなすようにy軸方向に所定の間隔で交互に並んでいる。また、これら固定電極部407、408は、可動電極部406に対して所定の間隔を隔てて設けられ、固定電極部408の一方側(−y方向側)に可動電極部406が配置され、固定電極部407の他方側(+y方向側)に可動電極部406が配置されている。
なお、加速度検出素子44の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコン材料等を用いることができる。
導電パターン47は、配線471、472、473と、電極474、475、476とを有している。
配線471は、凹部422の外周に沿ってベース基板42の上面に形成されている。また、配線471の一端部は、ベース基板42の+y軸側の外縁部に形成された電極474に接続している。
配線472は、配線471の内側で、凹部422の外周に沿ってベース基板42の上面に形成されている。また、配線472の一端部は、ベース基板42の+y軸側の外縁部に形成された電極475に接続している。
配線473は、固定部401から+y軸側に延出するようにベース基板42の上面に形成されている。また、配線473の一端部は、ベース基板42の+y軸側の外縁部に形成された電極476に接続している。
このような構成の導電パターン47では、電極474と電極476とにより、固定電極部407と可動電極部406との間の静電容量を測定することができる。また、電極475と電極476とにより、固定電極部408と可動電極部406との間の静電容量を測定することができる。
このような構成の加速度検出素子45は、次のようにしてy軸方向の加速度を検出する。
加速度検出素子45にy軸方向の加速度が加わると、このy軸方向の加速度の変化に応じて、可動部405は、連結部403、404を弾性変形させながらy軸方向に変位する。このような変位に伴って、固定電極部407と可動電極部406との間の静電容量の大きさ、および、固定電極部408と可動電極部406との間の静電容量の大きさが変化する。これらの静電容量の大きさの変化に基づいて、加速度検出素子45に加わったy軸方向の加速度を求めることができる。
また、同様にして、加速度検出素子44によって、x軸方向の加速度を検出することができる。
なお、加速度検出素子44については、その説明を省略したが、加速度検出素子44が備えるベース基板42上の導電パターンの配置については、本実施形態では、加速度検出素子45と異なる配置とした。
《支持基板》
図1に示すように、支持基板5は、導電性接着剤85a、85b、85c、85d、85e、85fを介してパッケージ2の第1の凹部211aの底面に固定されている。この支持基板5は、角速度検出素子6を支持する部材であり、いわゆるTAB(Tape Automated Bonding)実装用の基板である。
図6に示すように、支持基板5は、中央部に開口53を有する枠状の基部51と、基部51の下面に形成された導電パターン52とを有している。
導電パターン52は、6つの長尺状のリード521と、6つの接続パッド522とを有している。
6つのリード521は、それぞれ、基端部が基部51に固着され、途中で開口53内を通過し、開口53の中央部に向かうように折り曲げられている。そして、6つのリード521は、それぞれ、先端部が基部51よりも上側に位置し、かつ、基部51から離間している。
6つの接続パッド522は、それぞれ、基部51の縁部に設けられている。これら接続パッド522は、それぞれリード521と電気的に接続されている。そして、図1に示すように、各接続パッド522は、第1の凹部211aの底面に設けられたボンディングパッド15a、15b、15c、15d、15e、15fに導電性接着剤85a、85b、85c、85d、85e、85fを介して電気的に接続されている。なお、導電性接着剤85a、85b、85c、85d、85e、85fとしては、例えば、エポキシ系導電性接着剤や、シリコーン系導電性接着剤等が挙げられる。
支持基板5の構成材料としては特に限定されないが、基部51の構成材料としては、例えばポリイミド等の樹脂材料を用いることができ、導電パターン52の構成材料としては、例えば銅等の金属材料を用いることができる。
《角速度検出素子》
図1に示すように、角速度検出素子6は、リード521の先端部の上面に、導電性接着剤86を介して固定されている。この固定された状態で、角速度検出素子6は、基部51やパッケージ2と接触しないように配置されている。
角速度検出素子6は、z軸まわりの角速度を検出する「面外検出型」のセンサー素子(振動片)である。
図7に示すように、角速度検出素子6は、振動体60と、振動体60の表面に設けられた複数の駆動電極(図示せず)、複数の検出電極(図示せず)および複数の端子69とを有する。
動体60は、基部61と、基部61から延出した2つの検出用振動腕63、64および4つの駆動用振動腕65〜68とを有する。
基部61は、本体部611と、本体部611からx軸方向に沿って互いに反対方向へ延出する1対の連結腕612、613とを有する。
検出用振動腕63、64は、本体部611からy軸方向に沿って互いに反対方向へ延出している。
駆動用振動腕65、66は、連結腕612の先端部からy軸方向に沿って互いに反対方向へ延出している。
駆動用振動腕67、68は、連結腕613の先端部からy軸方向に沿って互いに反対方向へ延出している。
このような振動体60は、圧電体材料で構成され、図示しないが、検出用振動腕63、64には、それぞれ、検出用振動腕63、64の屈曲振動に伴って生じる電荷を検出する複数の検出電極(検出信号電極および検出接地電極)が設けられ、また、駆動用振動腕65〜68には、それぞれ、通電により駆動用振動腕65〜68を屈曲振動させる複数の駆動電極(駆動信号電極および駆動接地電極)が設けられる。
かかる圧電体材料としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。特に、振動体60を構成する圧電体材料としては水晶(Xカット板、ATカット板、Zカット板等)が好ましい。水晶で振動体60を構成すると、振動体60の振動特性(特に周波数温度特性)を優れたものとすることができる。
なお、振動体60をシリコン、石英等の非圧電体材料で構成することもできる。この場合、検出用振動腕63、64に、それぞれ、検出用振動腕63、64の屈曲振動に伴って生じる電荷を検出する圧電体素子を設け、また、駆動用振動腕65〜68に、それぞれ、通電により駆動用振動腕65〜68を屈曲振動させる圧電体素子を設ければよい。
複数の端子69は、それぞれ、駆動電極(図示せず)または検出電極(図示せず)に接続されている。また、これら端子69は、それぞれ、リード521の先端部の上面に導電性接着剤86を介して電気的に接続されている。
なお、導電性接着剤86の構成材料は、特に限定されず、例えば、エポキシ系導電性接着剤や、シリコーン系導電性接着剤等を用いることができる。
このように構成された角速度検出素子6は、次のようにしてz軸まわりの角速度を検出する。
まず、駆動電極(駆動信号電極)に駆動信号を印加することにより、駆動用振動腕65と駆動用振動腕67とを互いに接近・離間するように屈曲振動(駆動振動)させるとともに、駆動用振動腕66と駆動用振動腕68とを上記屈曲振動と同方向に互いに接近・離間するように屈曲振動(駆動振動)させる。
このとき、角速度検出素子6に角速度が加わらないと、駆動用振動腕65、66と駆動用振動腕67、68とは、中心点(重心)を通るyz平面に対して面対称の振動を行っているため、基部61(本体部611および連結腕612、613)および検出用振動腕63、64は、ほとんど振動しない。
このように駆動用振動腕65〜68を駆動振動させた状態で、角速度検出素子6にその重心を通る法線まわりの角速度が加わると、駆動用振動腕65〜68には、それぞれ、コリオリ力が働く。これにより、連結腕612、613が屈曲振動し、これに伴いこの屈曲振動を打ち消すように、検出用振動腕63、64の屈曲振動(検出振動)が励振される。
そして、検出用振動腕63、64の屈曲振動によって生じた電荷が検出電極(検出信号電極)から出力される。
このように検出電極から出力された電荷に基づいて、角速度検出素子6に加わった角速度を求めることができる。
以上説明したような構成の物理量センサー1によれば、1つの物理量センサー1で、z軸まわりの角速度と、x軸方向およびy軸方向を含む面内方向の加速度を検出することができる。そのため、物理量センサー1の省スペース化を図ることができる。
また、このような構成の物理量センサー1では、前述したように、ICチップ3を介して加速度検出チップ4がパッケージ2に固定されている。このため、従来の物理量センサーのように加速度検出チップがパッケージに直接固定されている場合に比べ、物理量センサー1では、角速度検出素子6と加速度検出チップ4との間での、パッケージ2を介した振動の伝搬経路が長くなっている。そのため、加速度検出チップ4に伝搬され得る角速度検出素子6の振動を減衰させることができ、前記振動が加速度検出チップ4に伝搬され難くなる。その結果、前記振動に起因した加速度検出チップ4の検出精度の低下を低減することができ、物理量センサー1の検出精度を高めることができる。特に、本実施形態のように、ICチップ3をパッケージ2と別体とすることにより、これらの境界で、前記振動を効果的に減衰させることができる。
また、前述したように、加速度検出チップ4は、接着シート81を介してICチップ3に固定されている。この接着シート81は、加速度検出チップ4の下面全域にわたって設けられており、また、加速度検出チップ4よりも優れた柔軟性を有している。このため、接着シート81は、角速度検出素子6の振動を吸収する緩衝材として機能する。そのため、接着シート81を設けることで、前記振動をより減衰させることができ、前記振動が加速度検出チップ4により伝搬され難くなる。
接着シート81の構成材料としては、具体的には、例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂等の各種樹脂材料が挙げられる。このような構成材料を含む接着シート81は、柔軟性に特に優れている。そのため、パッケージ2およびICチップ3を介して伝搬され得る角速度検出素子6の振動をより吸収することができる。
接着シート81の厚さは、例えば、1μm以上100μm以下であるのが好ましく、5μm以上50μm以下であるのがより好ましい。接着シート81の厚さが前記範囲内であると、接着シート81が厚すぎることにより、物理量センサー1が高背化することを防ぐことができるとともに、角速度検出素子6の振動が加速度検出チップ4により伝搬され難くなる。
ここで、角速度検出素子6の振動が、加速度検出チップ4に伝わり難くなるように、接着シート81の厚さを厚くすることや、加速度検出チップ4のケース41の厚さを厚くすること等が考えられる。しかしながら、そのような構成にすると物理量センサー1の大型化を招く。そのため、1つの物理量センサー1内に角速度検出素子6および加速度検出チップ4を備えることで、物理量センサー1の省スペース化を図るという効果を発揮することが難しくなる。このようなことを鑑み、物理量センサー1では、図8(a)に示すように、加速度検出チップ4の頂面(頂部)4xが、ICチップ3とベース21とを接続するボンディングワイヤー84の頂点(頂部)84xよりも低くなるよう、加速度検出チップ4および接着シート81の厚さを設定している。
頂面4xが、頂点84xよりも低くなるように、接着シート81の厚さを設定することで、前記振動を十分に減衰させることができるとともに、物理量センサー1の低背化を図ることができる。そのため、物理量センサー1は、検出精度をより高めることができるとともに、省スペース化を図ることができる。
また、前述したように、ICチップ3は、ダイパッド13を介してベース21に固定されている。
このダイパッド13は、ICチップ3の下面全域にわたって設けられ、また、ICチップ3および加速度検出チップ4よりも優れた柔軟性を有している。このため、ダイパッド13も、接着シート81と同様に、角速度検出素子6の振動を吸収する緩衝材として機能するため、前記振動が加速度検出チップ4にさらに伝搬され難くなる。
このようなダイパッド13の構成材料としては、具体的には、例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂等の各種樹脂材料、Au(金)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)等の金属材料等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。このような構成材料を含むダイパッド13は、柔軟性に特に優れているため、パッケージ2を介して伝搬され得る角速度検出素子6の振動をより吸収することができる。
また、ダイパッド13の厚さは、例えば、50μm以上1mm以下であるのが好ましく、100μm以上500μm以下であるのがより好ましい。ダイパッド13の厚さが前記範囲内であると、ダイパッド13が厚すぎることにより、物理量センサー1が高背化することを防ぐことができるとともに、角速度検出素子6の振動が加速度検出チップ4にさらに伝搬され難くなる。
また、前述したように、角速度検出素子6は、支持基板5を介してベース21に固定されている。これにより、角速度検出素子6は、ベース21に直接固定されている場合に比べ、角速度検出素子6と加速度検出チップ4との間の振動の伝搬経路をさらに長くすることができる。そのため、加速度検出チップ4に前記振動がさらに伝搬され難くなる。また、角速度検出素子6がベース21に直接固定されていないことで、角速度検出素子6は、パッケージ2の歪みの影響を受けにくい。このため、パッケージ2の歪みに起因する角速度検出素子6の検出精度の低下を低減することができ、よって、物理量センサー1の精度をさらに高めることができる。
また、前述したように、角速度検出素子6は、リード521の先端部に固定されており、この角速度検出素子6を支持する支持基板5は、枠体62の両端部で第1の凹部211aの底面に固定されている。このため、角速度検出素子6と加速度検出チップ4との間の振動の伝搬経路をより一層長くすることができる。そのため、前記振動をさらに減衰させることができるため、前記振動は、加速度検出チップ4にさらに伝搬され難くなる。
また、物理量センサー1では、前記振動の影響を低減させるように、ICチップ3、加速度検出チップ4および角速度検出素子6を配置している。これについて、以下に説明する。
図8(a)に示すように、ICチップ3、加速度検出チップ4および角速度検出素子6は、パッケージ2の厚さ方向(z軸方向)に、ずれて配置されている。また、図8(b)に示すように、ICチップ3、加速度検出チップ4および角速度検出素子6は、それぞれ、パッケージ2の平面視で、ベース21の中央部に設けられている。また、加速度検出チップ4は、パッケージ2の平面視で角速度検出素子6に重なり、角速度検出素子6に包含されている。また、加速度検出チップ4は、パッケージ2の平面視でICチップ3に重なり、ICチップ3に包含されている。そして、パッケージ2の平面視での中心O2に、加速度検出チップ4の重心O4、ICチップ3の重心O3および角速度検出素子6の重心O6が、ほぼ重なっている。
このような配置により、図8(a)に示すように、ICチップ3、加速度検出チップ4および角速度検出素子6は、パッケージ2の平面視での中心O2を通り、z軸に平行な直線A1を境にして対称的になっている。また、図8(b)に示すように、ICチップ3、加速度検出チップ4および角速度検出素子6は、パッケージ2の平面視での中心O2を通り、x軸に平行な直線A2を境にして対称的になっている。また、ICチップ3、加速度検出チップ4および角速度検出素子6は、パッケージ2の平面視での中心O2を通り、y軸に平行な直線A3を境にして対称的になっている。
このようにICチップ3、加速度検出チップ4および角速度検出素子6を配置することで、たとえ角速度検出素子6の振動が加速度検出チップ4に伝搬しても、その振動は、加速度検出チップ4内にほぼ均一に伝搬されるので、前記振動に起因する加速度検出チップ4内での前記振動の影響をほぼ相殺することができる。より詳細には、例えば、図8(a)に示すように、角速度検出素子6の振動のうち、角速度検出素子6が固定されたボンディングパッド15bから経路P1を伝搬して加速度検出チップ4に至る振動と、角速度検出素子6が固定されたボンディングパッド15eから経路P2を伝搬して加速度検出チップ4に至る振動と、をほぼ相殺することができる。そのため、前記振動の影響による加速度検出チップ4の検出精度の低下を、より低減することができる。
また、上記のように加速度検出チップ4および角速度検出素子6を配置することで、物理量センサー1の幅方向(x軸方向またはy軸方向)の寸法をより一層抑えることができる。
なお、加速度検出チップ4は、平面視で少なくとも一部が角速度検出素子6に重なっていれば、前記効果を同等の効果を発揮することができる。より詳細には、例えば、角速度検出素子6の振動のうち、角速度検出素子6が固定されたボンディングパッド15bから、経路P1を伝搬して加速度検出チップ4に至る振動の少なくとも一部と、角速度検出素子6が固定されたボンディングパッド15eから、経路P2を伝搬して加速度検出チップ4に至る振動の少なくとも一部と、を相殺することができる。そのため、前記振動の影響による加速度検出チップ4の検出精度の低下を、低減することができる。
次に、第1実施形態の変形例について、図9(a)、(b)を用いて説明する。
上述の図3においては、上述した加速度検出チップ4の加速度検出素子44、45は、互いにx軸方向に沿って並んで配置されている形態について説明したが、図9(b)に示すように、y軸方向に沿って並んでいてもよい。これにより、例えば、図9(a)に示すように、角速度検出素子6の振動のうち、角速度検出素子6が固定されたボンディングパッド15bから経路P1を伝搬して加速度検出チップ4の加速度検出素子44または加速度検出素子45に至る振動と、角速度検出素子6が固定されたボンディングパッド15eから経路P2を伝搬して加速度検出チップ4の加速度検出素子44または加速度検出素子45に至る振動と、をほぼ相殺することができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の物理量センサーの第2実施形態について説明する。
図10は、本発明の物理量センサーの第2実施形態を示す断面図である。
以下、物理量センサーの第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
第2実施形態の物理量センサー1では、複数(本実施形態では2つ)のICチップ3A、3Bを有していること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
図10に示す物理量センサー1では、ICチップ3Aは、ダイパッド13を介して凹部211の底面に固定されている。ICチップ3Aは、主に角速度検出素子6用に用いられる。このICチップ3Aは、図示はしないが、角速度検出素子6を駆動させる駆動回路と、角速度検出素子6からの信号に基づいて角速度を検出する検出回路と、検出回路で検出された角速度を所定の信号に変換して出力する出力回路とを有している。
ICチップ3Bは、ICチップ3A上に接着シート83を介して固定されている。このICチップ3Bは、ICチップ3Aよりも平面積が小さい四角形状をなし、ICチップ3Aの上面の中央部に配置されている。なお、接着シート83は、ICチップ3Bの裏面全域にわたって設けられており、接着シート83は、接着シート81とは平面積が異なる以外、接着シート81と同様の構成である。
また、ICチップ3Bは、主に加速度検出チップ4用に用いられる。このICチップ3Bは、図示しない加速度検出チップ4を駆動させる駆動回路と、加速度検出チップ4からの信号に基づいて加速度を検出する検出回路と、検出回路で検出された加速度を所定の信号に変換して出力する出力回路とを有している。また、ICチップ3Bは、ICチップ3B上に接続端子32を備え、この接続端子32がボンディングワイヤー87を介してICチップ3A上に設けられた接続端子(図示せず)に電気的に接続されている。
そして、ICチップ3B上に、加速度検出チップ4が接着シート81を介して固定されている。
本実施形態では、前述したように、角速度検出素子6に対応するICチップ3Aと、加速度検出チップ4に対応するICチップ3Bとを別々に設けている。このように、ICチップ3AおよびICチップ3Bを有することで、角速度検出素子6と加速度検出チップ4との間での、振動の伝搬経路をさらに長くすることができる。
また、前述したように、ICチップ3Bは、接着シート83を介してICチップ3Aに固定されている。このため、接着シート83にて、角速度検出素子6の振動をより吸収することができるため、前記振動が加速度検出チップ4により伝搬され難くなる。
また、図10に示すように、ICチップ3Aの重心O3AおよびICチップ3Bの重心O3Bが、それぞれ、加速度検出チップ4の重心O4、角速度検出素子の重心O6およびパッケージ2の平面視での中心O2と、ほぼ重なっている。そのため、角速度検出素子6の振動を加速度検出チップ4内にほぼ均一に伝搬させることができる。このため、前記振動に起因する加速度検出チップ4内での前記振動の影響がほぼ相殺され、加速度検出チップ4の検出精度に大きな悪影響を及ぼさない。
また、図10に示すように、加速度検出チップ4は、その頂面(頂部)4xが、ボンディングワイヤー87の頂点(頂部)87xよりも低くなるように構成されている。このため、前記振動を十分に減衰させることができるとともに、物理量センサー1の低背化を図ることができる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の物理量センサーの第3実施形態について説明する。
図11は、本発明の物理量センサーの第3実施形態を示す断面図、図12は、図11に示す角速度検出素子の平面図である。
以下、物理量センサーの第3実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
第3実施形態の物理量センサー1では、支持基板5を備えておらず、さらに、角速度検出素子6の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
図11に示す物理量センサー1では、支持基板5を備えておらず、角速度検出素子6が直接ベース21に固定されている。
この角速度検出素子6は、図12に示すように、角速度検出素子6をベース21に固定するための固定部621、622と、固定部622と本体部611と連結している1対の梁623、624と、固定部622と本体部611と連結している1対の梁625、626とを有している。また、固定部621、622には、それぞれ、複数の端子90が設けられている。各端子90が第1の凹部211aの底面上に設けられたボンディングパッド15a、15b、15c、15d、15e、15fに接続されることで、角速度検出素子6がベース21に固定されている。
なお、図12に示すように角速度検出素子6は、固定部621、622の配置の関係で、第1実施形態の物理量センサー1が備える角速度検出素子6を平面視で時計回りに90度回転させたような状態で配置されている。
このような構成の物理量センサー1によれば、支持基板5を備えていないため、物理量センサー1の低背化をより一層図ることができる。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
2.電子機器
次いで、本発明の物理量センサーを備える電子機器(本発明の電子機器)について、図13〜図15に基づき、詳細に説明する。
図13は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。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2000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、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
図14は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部2000が配置されている。このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器等として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
図15は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したディジタルスチ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。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部2000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、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。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ルカメラ1300においては、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−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ルカメラ1300には、フィルター、共振器等として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
なお、本発明の物理量センサーを備える電子機器は、図13のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図14の携帯電話機、図15のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、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)、フライトシュミレーター等に適用することができる。
3.移動体
次いで、本発明の物理量センサーを備える移動体(本発明の移動体)について、図16に基づき、詳細に説明する。
図16は、本発明の物理量センサーを備える移動体の一例を示す斜視図である。この図において、自動車1500は、車体1501と、4つの車輪1503とを有しており、車体1501に設けられた図示しない動力源(エンジン)によって車輪1503を回転させるように構成されている。
このような自動車1500には、物理量センサー1が内蔵されている。物理量センサー1によれば、車体1501の姿勢や移動方向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。
なお、本発明の物理量センサーを備える移動体は、自動車に限定されず、例えば、オートバイ、鉄道等の他の車両、航空機、船舶、宇宙船、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプター等にも適用可能である。
以上、本発明の物理量センサー、電子機器および移動体について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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
前述した本実施形態では、本発明の物理量センサーが備える振動素子の一例として角速度検出素子を用いた場合について説明したが、振動素子としては、特に限定されず、例えば、発振素子等にも適用することができる。
また、前述した実施形態では、振動素子の一例である角速度検出素子として、図7に示す構成を例に説明したが、前記角速度検出素子は、いかなる構成のものであってもよい。例えば、H型音叉、二脚音叉、三脚音叉等の種々の角速度検出素子に適用することが可能である。
1……物理量センサー
13……ダイパッド
14……ボンディングパッド
15a、15b、15c、15d、15e、15f……ボンディングパッド
16……外部実装端子
2……パッケージ
21……ベース
211……凹部
211a……第1の凹部
211b……第2の凹部
211c……第3の凹部
215……下面
22……リッド
23……シームリング
3、3A、3B……ICチップ(半導体素子)
31、32……接続端子
4……加速度検出チップ
4x……頂面(頂部)
40……素子片
401、402……固定部
403、404……連結部
405……可動部
406……可動電極部
407、408……固定電極部
41……ケース
42……ベース基板
421、422、431……凹部
43……蓋部材
44、45……加速度検出素子
47……導電パターン
471、472、473……配線
474、475、576……電極
5……支持基板
51……基部
52……導電パターン
521……リード
522……接続パッド
53……開口
60……振動体
6……角速度検出素子(振動素子)
61……基部
611……本体部
612、613……連結腕
62……枠体
621、622……固定部
623、624、625、626……梁
63、64……検出用振動腕
65、66、67、68……駆動用振動腕
69……端子
90……端子
81、83……接着シート
84、87……ボンディングワイヤー
84x、87x……頂点(頂部)
85a、85b、85c、85d、85e、85f……導電性接着剤
86……導電性接着剤
1100……パーソナルコンピューター
1102……キーボード
1104……本体部
1106……表示ユニット
1200……携帯電話機
1202……操作ボタン
1204……受話口
1206……送話口
1300……ディジタルスチルカメラ
1302……ケース
1304……受光ユニット
1306……シャッターボタン
1308……メモリー
1312……ビデオ信号出力端子
1314……入出力端子
1430……テレビモニター
1440……パーソナルコンピューター
1500……自動車
1501……車体
1502……車体姿勢制御装置
1503……車輪
2000……表示部
A1、A2、A3……直線
O2……中心
O3、O3A、O3B、O4、O6……重心
P1、P2……経路
S1、S2……収納空間

Claims (9)

  1. 駆動振動する振動素子と、
    加速度を検出する加速度検出素子と、
    前記振動素子および前記加速度検出素子のうちの少なくとも一方と電気的に接続されている半導体素子と、
    支持基板と、
    前記振動素子、前記加速度検出素子前記半導体素子および前記支持基板を収納する収納空間を有しているパッケージと、を有し、
    前記加速度検出素子は、前記半導体素子を介して前記パッケージに固定され、
    前記振動素子は、前記支持基板を介して前記パッケージに固定され、
    前記支持基板は、開口を有し、長辺および短辺を有する矩形状の枠体と、前記枠体から少なくとも一部が突出しているリードとを備え、
    前記リードは、前記枠体から突出している部分において、前記振動素子に接続され、
    前記支持基板は、前記枠体の短辺側の両端部で前記パッケージに固定されていることを特徴とする物理量センサー。
  2. 前記振動素子は、角速度を検出する角速度検出素子である請求項1に記載の物理量センサー。
  3. 前記振動素子と前記加速度検出素子とは、前記パッケージの厚さ方向にずれて配置されている請求項1または2に記載の物理量センサー。
  4. 前記半導体素子は、ワイヤーを介して前記パッケージに接続されており、
    前記加速度検出素子の頂部は、前記ワイヤーの頂部よりも前記半導体素子側に位置している請求項1ないし3のいずれか1項に記載の物理量センサー。
  5. 前記パッケージの平面視で、前記加速度検出素子の少なくとも一部が、前記振動素子と重なっている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の物理量センサー。
  6. 前記加速度検出素子は、接着シートを介して前記半導体素子に固定され、
    前記接着シートは、前記加速度検出素子の前記半導体素子に固定される側の面全域にわたって設けられている請求項1ないしのいずれか1項に記載の物理量センサー。
  7. 前記半導体素子は、ダイパッドを介して前記パッケージに固定され、
    前記ダイパッドは、前記半導体素子の前記パッケージに固定される側の面全域にわたって設けられている請求項1ないしのいずれか1項に記載の物理量センサー。
  8. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする電子機器。
  9. 請求項1ないしのいずれか1項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする移動体。
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