JP2014240762A - Physical quantity detection sensor, acceleration sensor, electronic apparatus, and movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量検出センサー、加速度センサー、電子機器、および移動体に関するものである。 The present invention relates to a physical quantity detection sensor, an acceleration sensor, an electronic device, and a moving object.
従来から、物理量を電気信号に変換する加速度センサーが電子機器、および移動体等に用いられている。自動車、ロボット、および各種精密機器の電子化に伴って多種多様な監視、判断、および制御等の開発が進み、加速度センサーに対する用途が広がっている。また、自動車では、安全性や操縦安定性(車体制御)等の追求のために、加速度センサーを利用した開発が進んでいる。
この加速度センサーの一例として、矩形枠状のフレーム部の内側に歪みゲージ(ピエゾ抵抗素子)が設けられた撓み部と、撓み部に連結されて支持された矩形板状の重り部とを備えた半導体加速度センサー(加速度センサー)が開示されている(特許文献1参照)。この加速度センサーでは、加速度によって重り部が所定の方向に動くことによって、撓み部に歪みが生じる。この撓み部は、歪みによって破損しやすいため、撓み部を補強する対応策が提示されている。
Conventionally, an acceleration sensor that converts a physical quantity into an electrical signal has been used in electronic devices, moving objects, and the like. Along with the digitization of automobiles, robots, and various precision devices, development of a wide variety of monitoring, judgment, control, and the like has progressed, and applications for acceleration sensors are expanding. In automobiles, development using acceleration sensors is progressing in order to pursue safety and steering stability (body control).
As an example of the acceleration sensor, a bending portion provided with a strain gauge (piezoresistive element) inside a rectangular frame-shaped frame portion, and a rectangular plate-like weight portion connected to and supported by the bending portion are provided. A semiconductor acceleration sensor (acceleration sensor) is disclosed (see Patent Document 1). In this acceleration sensor, the weight portion is moved in a predetermined direction by the acceleration, so that the bending portion is distorted. Since this flexible part is easily damaged by strain, a countermeasure for reinforcing the flexible part has been proposed.
しかしながら、特許文献1に記載の半導体加速度センサーの基板は、シリコン(Si)から構成され、エッチングにより形成されている。この半導体加速度センサーの基板は、製造工程において、シリコンへの異方性エッチングによりエッチング残渣が生じているおそれがある。
たとえば、この半導体加速度センサーに大きな衝撃が加えられた場合は、エッチング残渣の交差部に応力が集中し、基板にクラック等を生じさせるおそれがあった。また、エッチング残渣が、重り部と接続されている撓み部に生じている場合は、撓み部の動作が鈍くなり、歪みゲージが加速度を高い検出精度で測定することができなくなっていた。
つまり、従来の半導体加速度センサーにおいては、応力集中による基板の破損、および加速度の測定ができなくなるという課題があった。
However, the substrate of the semiconductor acceleration sensor described in Patent Document 1 is made of silicon (Si) and is formed by etching. In the semiconductor acceleration sensor substrate, there is a possibility that an etching residue is generated due to anisotropic etching to silicon in the manufacturing process.
For example, when a large impact is applied to this semiconductor acceleration sensor, stress concentrates at the intersection of etching residues, which may cause cracks in the substrate. Moreover, when the etching residue has arisen in the bending part connected with the weight part, operation | movement of the bending part became dull and it became impossible for a strain gauge to measure an acceleration with high detection accuracy.
That is, the conventional semiconductor acceleration sensor has a problem that the substrate is damaged due to stress concentration and the acceleration cannot be measured.
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]本適用例にかかる物理量検出センサーは、ベース部と、継手部を介して前記ベース部と接続されている可動部と、前記ベース部から延在されている腕部と、前記腕部に設けられている第1固定部と、前記ベース部に設けられている第2固定部と、を有しているカンチレバー部と、前記ベース部、および前記可動部に接続されている物理量検出素子と、前記第1固定部、および前記第2固定部が接続されているベース基板と、を備えていることを特徴とする。 Application Example 1 A physical quantity detection sensor according to this application example includes a base part, a movable part connected to the base part via a joint part, an arm part extending from the base part, A cantilever part having a first fixed part provided in the arm part and a second fixed part provided in the base part, a physical quantity connected to the base part and the movable part A detection element, and a base substrate to which the first fixing portion and the second fixing portion are connected are provided.
本適用例によれば、物理量検出素子が接続されているベース部は、第2固定部によって、ベース基板と直接接続されることで、接続強度が向上する。これにより、衝撃などを受けた場合でも、ベース部とベース基板とが、はがれにくくなり、強固な接続を維持することができる。言い換えれば、カンチレバー部とベース基板との接続強度を向上させることができ、物理量検出センサーの耐衝撃性を向上させることが可能となる。
また、物理量検出素子が接続されているベース部は、ベース部から延在されている腕部に設けられている第1固定部によって、ベース基板に接続されている。腕部は、変形し易く(撓み易く)、この変形(撓み)により、ベース部とベース基板との、熱膨張率の相違等により発生する応力を緩和させ、応力の影響が物理量検出素子におよぶことを抑制できる。これにより、物理量検出素子は、検出精度の高い物理量の測定を行うことができる。
これらにより、耐衝撃性を備え、検出精度の高い物理量の測定を行うことが可能な物理量検出センサーを提供することが可能となる。
According to this application example, the base portion to which the physical quantity detection element is connected is directly connected to the base substrate by the second fixing portion, thereby improving the connection strength. Thereby, even when subjected to an impact or the like, the base portion and the base substrate are not easily peeled off, and a strong connection can be maintained. In other words, the connection strength between the cantilever part and the base substrate can be improved, and the impact resistance of the physical quantity detection sensor can be improved.
Further, the base part to which the physical quantity detection element is connected is connected to the base substrate by a first fixing part provided on an arm part extending from the base part. The arm portion is easily deformed (easy to bend), and this deformation (deflection) relieves stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the base portion and the base substrate, and the influence of the stress affects the physical quantity detection element. This can be suppressed. Thereby, the physical quantity detection element can measure a physical quantity with high detection accuracy.
Accordingly, it is possible to provide a physical quantity detection sensor that has impact resistance and can measure a physical quantity with high detection accuracy.
[適用例2]上記適用例にかかる物理量検出センサーにおいて、前記物理量検出素子は、2つの基部と、2つの前記基部の間に設けられ、前記継手部を跨いで配置されている振動梁部とを有し、一方の前記基部が前記ベース部に接続され、他方の前記基部が前記可動部に接続されていることを特徴とする。 Application Example 2 In the physical quantity detection sensor according to the application example, the physical quantity detection element includes two base portions and a vibrating beam portion provided between the two base portions and disposed across the joint portion. The one base is connected to the base, and the other base is connected to the movable part.
本適用例によれば、物理量検出素子は、2つの基部の間に振動梁部が設けられ、一方の基部がベース部に接続され、他方の基部が可動部に接続されているため、物理量が加えられた場合に、可動部が変位することで、振動梁部に応力が生じ、振動梁部の振動周波数が変化する。このように、ベース部と可動部との間に接続されている物理量検出素子があることによって、物理量を振動周波数の変化として測定することができる。 According to this application example, the physical quantity detection element is provided with the vibrating beam portion between the two base portions, one base portion is connected to the base portion, and the other base portion is connected to the movable portion. When added, the movable part is displaced, whereby stress is generated in the vibrating beam part, and the vibration frequency of the vibrating beam part is changed. As described above, since there is a physical quantity detection element connected between the base part and the movable part, the physical quantity can be measured as a change in the vibration frequency.
[適用例3]上記適用例にかかる物理量検出センサーにおいて、前記第1固定部と、前記第2固定部とは、平面視で2つの前記基部の中心を通る第1の中心線と直交し、かつ前記カンチレバー部の中心を通る第2の中心線に対して、非対称の位置に配置されていることを特徴とする。 Application Example 3 In the physical quantity detection sensor according to the application example, the first fixing part and the second fixing part are orthogonal to a first center line passing through the centers of the two base parts in plan view, And it is arrange | positioned in the asymmetrical position with respect to the 2nd centerline which passes along the center of the said cantilever part.
本適用例によれば、ベース基板と接続されている腕部の第1固定部の位置と、ベース部の第2固定部の位置とは、平面視で2つの基部の中心を通る第1の中心線と直交し、かつカンチレバー部の中心を通る第2の中心線に対して、非対称に設けられているため、物理量検出素子の振動が腕部を介して第1固定部に伝播される、いわゆる振動漏れを抑制することが可能であり、検出精度の高い物理量の測定を行うことができる。 According to this application example, the position of the first fixing portion of the arm portion connected to the base substrate and the position of the second fixing portion of the base portion are the first passing through the centers of the two base portions in plan view. Since the second center line that is orthogonal to the center line and passes through the center of the cantilever part is provided asymmetrically, the vibration of the physical quantity detection element is propagated to the first fixed part via the arm part. It is possible to suppress so-called vibration leakage and perform physical quantity measurement with high detection accuracy.
[適用例4]上記適用例にかかる物理量検出センサーにおいて、平面視で前記第2の中心線に対して一方の側である第1の領域に位置する前記カンチレバー部に設けられている前記腕部の数と、他方の側である第2の領域に位置する前記カンチレバー部に設けられている前記腕部の数とが異なっていることを特徴とする。 Application Example 4 In the physical quantity detection sensor according to the application example described above, the arm part provided in the cantilever part located in the first region on one side with respect to the second center line in a plan view. And the number of the arm portions provided in the cantilever portion located in the second region on the other side are different from each other.
本適用例によれば、第2の領域に位置するカンチレバー部のベース部には、腕部の第1固定部より大きな面積の第2固定部が設けられている。即ち、カンチレバー部とベース基板とを接続し、物理量検出センサーに物理量が加えられたときは、回転運動によるカンチレバー部の歪みの影響を抑制することが可能であり、カンチレバー部の強度の確保、および応力集中による破損の抑制が可能となる。これにより、検出精度の高い物理量の測定を行うことができる。 According to this application example, the base part of the cantilever part located in the second region is provided with the second fixing part having a larger area than the first fixing part of the arm part. That is, when a physical quantity is applied to the physical quantity detection sensor by connecting the cantilever part and the base substrate, it is possible to suppress the influence of distortion of the cantilever part due to the rotational motion, ensuring the strength of the cantilever part, and It is possible to suppress damage due to stress concentration. Thereby, a physical quantity with high detection accuracy can be measured.
[適用例5]上記適用例にかかる物理量検出センサーにおいて、前記カンチレバー部は、水晶でありウェットエッチングの処理を受けていることを特徴とする。 Application Example 5 In the physical quantity detection sensor according to the application example described above, the cantilever part is made of quartz and is subjected to a wet etching process.
本適用例によれば、カンチレバー部は水晶であるため、経年変化が少なく、機械変形による再現性が高い(ヒステリシスが少ない)。また、カンチレバー部の厚みを厳密に管理することが容易であり、均一な板厚のカンチレバー部が得られる。水晶を異方性ウェットエッチングの処理を受けていることにより、カンチレバー部を構成するベース部、可動部、継手部、および腕部を精密に形成することができる。 According to this application example, since the cantilever part is made of quartz, there is little secular change and high reproducibility due to mechanical deformation (less hysteresis). Further, it is easy to strictly manage the thickness of the cantilever part, and a cantilever part having a uniform plate thickness can be obtained. Since the crystal is subjected to anisotropic wet etching, the base portion, the movable portion, the joint portion, and the arm portion constituting the cantilever portion can be precisely formed.
[適用例6]上記適用例にかかる物理量検出センサーにおいて、前記水晶は、Zカットで切り出されていることを特徴とする。 Application Example 6 In the physical quantity detection sensor according to the application example, the crystal is cut out by a Z cut.
本適用例によれば、水晶は、原石(ランバード)等から、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸、および光学軸と呼ばれるZ軸を有し、水晶結晶軸において直交するX軸、およびY軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工されたZカットの水晶基板から形成されている。Zカットの水晶基板は、その特性によりエッチング加工が容易になり、物理量検出センサーを構成する部品等を精密に形成することができる。たとえば、カンチレバー部の厚み方向の切り出し角度と、物理量検出素子の厚み方向の切り出し角度とを、同じZカットにすることで線膨張係数(熱膨張率)を近似させることができる。線膨張係数が近似した材料が用いられることで、カンチレバー部と、物理量検出素子との周囲の温度変化に伴う両者間の熱応力が抑制される。即ち、熱応力を抑制した検出精度の高い物理量の測定を行うことが可能な物理量検出センサーを提供することが可能となる。 According to this application example, the quartz crystal has an X axis called an electric axis, a Y axis called a mechanical axis, and a Z axis called an optical axis from a rough stone (Lambert) or the like, and an X axis orthogonal to the crystal crystal axis And a Z-cut quartz crystal substrate cut out along a plane defined by the Y axis and processed into a flat plate shape. A Z-cut quartz substrate can be easily etched due to its characteristics, and components and the like constituting a physical quantity detection sensor can be precisely formed. For example, the linear expansion coefficient (thermal expansion coefficient) can be approximated by making the cut-out angle in the thickness direction of the cantilever part and the cut-out angle in the thickness direction of the physical quantity detection element the same Z-cut. By using a material having an approximate linear expansion coefficient, thermal stress between the cantilever part and the physical quantity detection element due to a change in the ambient temperature is suppressed. That is, it is possible to provide a physical quantity detection sensor capable of measuring a physical quantity with high detection accuracy while suppressing thermal stress.
[適用例7]上記適用例にかかる物理量検出センサーにおいて、前記継手部は、平面視で前記第2の中心線の方向に沿って設けられている溝部を有し、前記溝部の伸びる方向と交差する方向に沿って前記振動梁部が配置されていることを特徴とする。 Application Example 7 In the physical quantity detection sensor according to the application example described above, the joint portion includes a groove portion provided along the direction of the second center line in a plan view, and intersects with the direction in which the groove portion extends. The vibrating beam portion is arranged along the direction of the movement.
本適用例によれば、平面視で、カンチレバー部の継手部の溝部は、第2の中心線の方向に沿って設けられている。物理量検出素子は、溝部の伸びる方向と交差する方向に沿って振動梁部が配置されている。これにより、たとえば、物理量検出センサーに物理量が加えられたときにカンチレバー部の可動部の撓みをそのまま物理量検出素子の振動梁部に伝えることが可能となる。従って、わずかな可動部の撓みも振動梁部の共振周波数の変化として測定することが可能となり、検出感度の低下を防止することが可能となる。 According to this application example, the groove portion of the joint portion of the cantilever portion is provided along the direction of the second center line in plan view. In the physical quantity detection element, the vibrating beam portion is arranged along the direction intersecting the direction in which the groove portion extends. Thereby, for example, when a physical quantity is applied to the physical quantity detection sensor, it is possible to transmit the bending of the movable part of the cantilever part to the vibrating beam part of the physical quantity detection element as it is. Therefore, even a slight deflection of the movable part can be measured as a change in the resonance frequency of the vibrating beam part, and a decrease in detection sensitivity can be prevented.
[適用例8]上記適用例にかかる物理量検出センサーにおいて、平面視で前記第1の中心線に対して一方の側である第3の領域に前記第2固定部が設けられ、前記第3の領域の前記腕部の数が、他方の側である第4の領域に設けられている前記腕部の数より、少ないことを特徴とする。 Application Example 8 In the physical quantity detection sensor according to the application example, the second fixing portion is provided in a third region on one side with respect to the first center line in a plan view, The number of the arm portions in the region is smaller than the number of the arm portions provided in the fourth region on the other side.
本適用例によれば、平面視で、カンチレバー部は、第1の中心線に対して、第3の領域に第2固定部と腕部とが設けられ、第4の領域に設けられている腕部の数より、第3の領域に設けられている腕部の数が少なくなっている。第3の領域に設けられている腕部の数が少ないと、ベース部の面積を広げることが可能となる。第3の領域にあるベース部の面積は、第4の領域にあるベース部の面積より、大きくすることができる。従って、第3の領域にある第2固定部の面積を大きく設けることが可能となり、カンチレバー部をベース基板に大きな面積で接続することができ、カンチレバー部の強度の確保、および応力集中による破損の抑制が可能となる。これにより、検出精度の高い物理量の測定を行うことができる。 According to this application example, the cantilever portion is provided in the fourth region with the second fixing portion and the arm portion provided in the third region with respect to the first center line in plan view. The number of arm portions provided in the third region is smaller than the number of arm portions. If the number of arm portions provided in the third region is small, the area of the base portion can be increased. The area of the base portion in the third region can be larger than the area of the base portion in the fourth region. Accordingly, the area of the second fixing portion in the third region can be increased, the cantilever portion can be connected to the base substrate in a large area, the strength of the cantilever portion can be ensured, and damage due to stress concentration can be prevented. Suppression is possible. Thereby, a physical quantity with high detection accuracy can be measured.
[適用例9]本適用例にかかる加速度センサーは、適用例1乃至8に記載の物理量検出センサーを備え、加速度が計測されることを特徴とする。 Application Example 9 An acceleration sensor according to this application example includes the physical quantity detection sensor described in Application Examples 1 to 8, and is characterized in that acceleration is measured.
本適用例によれば、上記適用例に記載の加速度センサーは、上記適用例の物理量検出センサーが搭載されている。この物理量検出センサーは、可動部が加えられた物理量に応じて正確な変位をすることにより、物理量を精緻に検出することが可能である。このような物理量検出センサーが搭載されている加速度センサーは、計測された加速度の信頼性の向上が図れる。 According to this application example, the acceleration sensor described in the application example includes the physical quantity detection sensor of the application example. The physical quantity detection sensor can accurately detect the physical quantity by accurately displacing the movable part according to the physical quantity to which the movable part is added. An acceleration sensor equipped with such a physical quantity detection sensor can improve the reliability of measured acceleration.
[適用例10]本適用例にかかる電子機器は、適用例9に記載の加速度センサーが搭載されていることを特徴とする。 Application Example 10 An electronic device according to this application example is characterized in that the acceleration sensor described in Application Example 9 is mounted.
本適用例によれば、上記適用例に記載の電子機器は、上記適用例の加速度センサーが搭載されている。この加速度センサーは、加えられた加速度を精緻に検出することが可能である。このような加速度センサーが搭載されている電子機器は、機器としての特性、および信頼性の向上が図れる。 According to this application example, the electronic device described in the application example includes the acceleration sensor of the application example. This acceleration sensor can accurately detect the applied acceleration. An electronic device equipped with such an acceleration sensor can improve the characteristics and reliability of the device.
[適用例11]本適用例にかかる移動体は、適用例9に記載の加速度センサーが搭載されていることを特徴とする。 Application Example 11 A moving object according to this application example is characterized in that the acceleration sensor described in Application Example 9 is mounted.
本適用例によれば、上記適用例に記載の移動体は、上記適用例の加速度センサーが搭載されている。この加速度センサーは、加えられた加速度を精緻に検出することが可能である。このような加速度センサーが搭載されている移動体は、加速度センサーの検出機能により移動状態や姿勢等の把握が確実にでき、安全で安定した移動をすることが可能である。 According to this application example, the mobile body described in the application example includes the acceleration sensor of the application example. This acceleration sensor can accurately detect the applied acceleration. A moving body equipped with such an acceleration sensor can surely grasp the moving state, posture, and the like by the detection function of the acceleration sensor, and can move safely and stably.
以下、本発明にかかる一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。 Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure shown below, the size and ratio of each component may be described differently from the actual component in order to make each component large enough to be recognized on the drawing. is there.
(第1実施形態)
[物理量検出センサー]
第1実施形態にかかる物理量検出センサーについて、図1、および図3を用いて説明する。
図1は、第1実施形態にかかる物理量検出センサー100の構成を示す平面図である。図3は、物理量検出センサー100の構成を示す断面図であり、図1において線分A−A’で示す部分の断面図である。そして、図1、および図3では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。なお、Z軸は、重力が作用する方向を示す軸である。
なお、説明の便宜上、図1では、リッド103の図示を省略している。
本実施形態においては、Z軸方向から物理量検出センサー100を見ることを平面視として説明する。
(First embodiment)
[Physical quantity detection sensor]
A physical quantity detection sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 3.
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a physical
For convenience of explanation, the
In the present embodiment, viewing the physical
物理量検出センサー100は、図1、および図3に示すように、物理量検出デバイス110と、パッケージ120とを有している。また、パッケージ120は、ベース基板102と、リッド103とを有している。
ベース基板102は、凹部106を有し、物理量検出デバイス110が凹部106内に収容されている。ベース基板102の形状は、物理量検出デバイス110を凹部106内に収容していることができれば、特に限定されない。
本実施形態において、ベース基板102としては、カンチレバー部101やリッド103の熱膨張係数と一致、あるいは極力近い熱膨張係数を備えた材料によって形成され、本例では、セラミックを用いている。しかし、これに限定されること無く、水晶、ガラス、シリコン等の材料を用いてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 3, the physical
The
In this embodiment, the
本実施形態のベース基板102は、凹部106の内側の底面である内底面109aと、内底面109aからリッド103側に突出している段差部108(108a,108b)と、を有している。
The
段差部108a,108bは、後述する物理量検出デバイス110をベース基板102に固定するために設けられ、たとえば、凹部106の内壁の2方向に沿った略L字状の形状で設けられている。詳述すると、段差部108aは、平面視において、凹部106の−X軸方向の内壁と、−Y軸方向の内壁とに沿って、所定の幅を持って連続して設けられている。段差部108bは、平面視において、凹部106の+X軸方向の内壁と、−Y軸方向の内壁とに沿って、所定の幅を持って連続して設けられている。
また、平面視において、段差部108aの+Z軸方向の面には、後述する第1固定部30aに含まれた内部端子34aが設けられており、段差部108bの+Z軸方向の面には、後述する第1固定部30bに含まれた内部端子34bが設けられている。
The
In plan view, an
ベース基板102の内底面109aと反対側の面である外底面109bには、外部の部材に実装される際に用いられる外部端子107(107a,107b)が設けられている。外部端子107は、図示しない内部配線を介して内部端子34a,34bと電気的に接続されている。たとえば、外部端子107aは、内部端子34aと電気的に接続され、外部端子107bは、内部端子34bと電気的に接続されている。
External terminals 107 (107a, 107b) used for mounting on external members are provided on the outer
内部端子34a,34b、および外部端子107a,107bは、たとえば、タングステン(W)等のメタライズ層に、ニッケル(Ni)、金(Au)等の薄膜をメッキ等の方法により被膜し積層した金属膜で構成されている。
The
ベース基板102には、外底面109bから内底面109aまで貫通している貫通孔92が設けられ、ベース基板102に形成されている貫通孔92内には、パッケージ120の内部(キャビティー)を封止する封止部90が設けられている。図3に示す例では、貫通孔92は、外底面109b側の孔径が内底面109a側の孔径より大きい、段付きの形状を有している。封止部90は、貫通孔92に、たとえば、金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金、またはハンダ等からなる封止材を配置し、加熱溶融後、固化させて設けることができる。封止部90は、パッケージ120の内部を気密に封止するために設けられている。
The
リッド103は、ベース基板102の凹部106を覆って設けられている。リッド103の形状は、たとえば、板状である。リッド103としては、ベース基板102と同じ材料や、コバール、ステンレス鋼等の金属等が用いられる。リッド103は、リッド接合材105を介して、ベース基板102に接合されている。リッド接合材105としては、たとえば、シールリング、低融点ガラス、無機系接着剤等を用いてもよい。
The
パッケージ120の内部は、ベース基板102と、リッド103との接合後、封止される。貫通孔92から凹部106内の空気を抜いて減圧し、貫通孔92を封止材等の封止部90で塞ぐ方法により封止され、これにより、物理量検出デバイス110は、減圧されて気密状態の凹部106内に載置される。なお、凹部106の内部は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが充填されていてもよい。また、リッド103が凹状に形成され、ベース基板102が平板であってもよい。
The interior of the
[物理量検出デバイス]
次に、物理量検出デバイス110について、図1から図8を用いて説明する。図2は、図1において線分B−B’で示す部分が拡大された断面図である。図4は、図1の物理量検出センサー100が備えている物理量検出デバイス110の構成を示す斜視図である。図5は、図4において線分C−C’で示す部分の断面図である。図6(a)、および図6(b)は、図4において線分C−C’で示す部分の断面図であり、物理量検出デバイス110にZ軸方向に物理量が加えられたときの動作状態を示している。図7(a)、および図7(b)は、物理量検出デバイス110が備えているカンチレバー部101を示す平面図である。図8は、物理量検出デバイス110が備えているカンチレバー部101の一例を示す平面図である。
そして、図2、および図4から図8では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。なお、Z軸は、重力が作用する方向を示す軸である。
[Physical quantity detection device]
Next, the physical
2 and FIGS. 4 to 8 illustrate the X axis, the Y axis, and the Z axis as three axes orthogonal to each other. The Z axis is an axis indicating the direction in which gravity acts.
物理量検出デバイス110は、図3、および図4に示すように、ベース基板102に固定されているカンチレバー部101と、カンチレバー部101に固定され、物理量、たとえば、加速度を検出するための物理量検出素子70と、カンチレバー部101に固定され錘の役目をする質量部80,82と、を有している。
物理量検出素子70は、カンチレバー部101の内底面109a側に配置されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the physical
The physical
まず、カンチレバー部101について、図1、図4、図7、および図8を用いて説明する。
カンチレバー部101は、ベース部10と、継手部12と、可動部14と、平坦部15と、腕部20(20a,20b,20c)と、第1固定部30(30a,30b,30c)、第2固定部30dと、抑止部40a,40bとを有している。
First, the
The
ベース部10は板状であり、平面視において中央部分に空隙を有している。その空隙には、同じく板状の可動部14が設けられ、継手部12を介して可動部14とベース部10とが接続されている。ベース部10の角部には、腕部20(20a,20b,20c)が設けられている。また、ベース部10は、互いに対向し表裏の関係である主面10a,10b(図4参照)を有している。詳述すると、主面10aは、ベース部10に対してリッド103側を向いており、主面10bは、ベース部10に対して内底面109a側を向いている。
The
継手部12は、ベース部10と、可動部14との間に設けられ、ベース部10、および可動部14に接続されている。継手部12の厚さ(Z軸方向の長さ)は、ベース部10の厚さ、および可動部14の厚さと比して薄く(短く)設けられている。たとえば、継手部12は、後述する主面14a、および主面14bからの、いわゆるハーフエッチングの処理によって、有底の溝部12a,12b(図5参照)が形成されている。
The
本実施形態において、溝部12a,12bは、X軸方向に沿って延在して設けられている。継手部12は、可動部14がベース部10に対して変位(回動)する際に、支点(中間ヒンジ)としてX軸方向に沿った回転軸となる。
In the present embodiment, the
可動部14は、ベース部10から延在して設けられている。詳述すると、可動部14は、ベース部10から継手部12を介して、Y軸方向に沿って設けられている。可動部14は、その形状が板状であり、互いに対向し表裏の関係である主面14a,14b(図5参照)を有している。また、主面14aは、可動部14に対してリッド103側を向いており、主面14bは、可動部14に対して内底面109a側を向いている。
可動部14は、主面14a,14bと交差する方向(Z軸方向)に加わる物理量、たとえば、加速度α1,α2(図6参照)に応じて、継手部12を支点(回転軸)として主面14a,14bと交差する方向(Z軸方向)に変位が可能である。
The
The
可動部14には、錘の役目をする質量部80,82が設けられている。詳述すると、質量部80は、質量接合材86を介して主面14aに設けられ、質量部82は、平面視において質量部80と重なるように質量接合材86を介して主面14bに設けられている。
質量部80,82の形状としては板状であり、たとえば、図1に示すように、平面視において長手方向の一方の辺の一部が対向する辺側にくぼんだ凹型の形状が用いられているのが好適である。なお、質量部80,82の形状は、可動部14が所定の動作を行うことが可能であれば、上述した形状に限定されるものではない。
The
The shape of the
質量部80,82の材質としては、たとえば、リン青銅(Cu−Sn−P)が用いられているのが好適である。なお、質量部80,82の材質は、リン青銅に限定されるものではない。たとえば、銅(Cu)、金(Au)等の金属が用いられてもよい。また、質量接合材86の材質としては、たとえば、シリコーン樹脂を含む熱硬化型接着剤が用いられてもよい。
For example, phosphor bronze (Cu—Sn—P) is preferably used as the material of the
なお、本実施形態では可動部14の主面14a,14bのそれぞれに、質量部80,82がひとつずつ設けられている。しかし、これに限定されることなく、主面14a,14bのいずれか一方にひとつ、または複数の質量部80,82が設けられてもよいし、主面14a,14bのそれぞれに複数の質量部80,82が設けられてもよい。
In the present embodiment, each of the
ここで、カンチレバー部101の腕部20a,20b,20cについて説明する。腕部20a,20b,20cは、平面視において略L字状で所定の幅で設けられている。
Here, the
腕部20aは、平面視において、ベース部10の+Y方向の端部から−X軸方向に延在して設けられ、−Y軸方向にベース部10の外周に沿って延在して設けられている。
腕部20aは、平面視において、腕部20aの先端と段差部108aとが重なっている位置の主面10b側に、第1固定部30aの設置領域を有している。第1固定部30aは、主面10b側に固定部接続端子36aと、接合材35と、段差部108aの内部端子34aとを含んで構成されている(図2参照)。また、固定部接続端子36aは、平面視において、接合材35を介して、内部端子34aと重なるように接続されている。
このことにより、腕部20a(カンチレバー部101)は、第1固定部30aを介して、段差部108a(ベース基板102)と接続されている。
The
The
Accordingly, the
腕部20bは、平面視において、ベース部10の+Y方向の端部から+X軸方向に延在して設けられ、−Y軸方向にベース部10の外周に沿って延在して設けられている。
腕部20bは、平面視において、腕部20bの先端と段差部108bとが重なっている位置の主面10b側に、第1固定部30bの設置領域を有している。第1固定部30bは、主面10b側に固定部接続端子36bと、接合材35と、段差部108bの内部端子34bとを含んで構成されている(構成は図2と略同一なため、図2を参照)。また、固定部接続端子36bは、平面視において、接合材35を介して、内部端子34bと重なるように接続されている。
このことにより、腕部20b(カンチレバー部101)は、第1固定部30bを介して、段差部108b(ベース基板102)と接続されている。
The
The
Thus, the
接合材35としては、たとえば、金属フィラー等の導電性物質を含むシリコーン樹脂系の導電性接着剤等が用いられてもよい。
As the
腕部20cは、平面視において、ベース部10の−X軸方向の端部の略中央部から−Y軸方向に延在して設けられ、さらに+X軸の方向にベース部10の外周に沿って延在して設けられている。
腕部20cは、平面視において、腕部20cの先端と段差部108aとが重なっている位置の主面10b側に、ベース接合材52の設置領域であるベース接合部50bを有している。ベース接合部50bに設けられているベース接合材52とベース接合部50bとを含んで、第1固定部30cは構成されている。
このことにより、腕部20c(カンチレバー部101)は、第1固定部30cを介して、段差部108a(ベース基板102)と接続されている。
The
The
Accordingly, the
ベース部10は、平面視において、ベース部10の平坦部15と、段差部108bとが重なっている位置の主面10b側に、ベース接合材52の設置領域であるベース接合部50aを有している。ベース接合部50aに設けられているベース接合材52とベース接合部50aとを含んで、第2固定部30dは構成されている。
このことにより、ベース部10(カンチレバー部101)は、第2固定部30dを介して、段差部108b(ベース基板102)と接続されている。
The
Thus, the base portion 10 (cantilever portion 101) is connected to the
ベース接合材52は、たとえば、ビスマレイミド樹脂が用いられるのが好適である。
For the
ここで、図7(a)、および図7(b)を用いてカンチレバー部101の腕部20等の構成について説明する。
本説明では、平面視において、物理量検出素子70の2つの基部72の中心を通る第1の中心線L1と、第1の中心線L1と直交し、かつカンチレバー部101の中心を通る第2の中心線L2とを用いて説明する。
なお、説明の便宜上、図7の第1の中心線L1の+Y方向側を「上]、−Y方向側を「下」、第2の中心線L2の−X方向側を「左」、+X方向側を「右」という。
カンチレバー部101において、第2の中心線L2に対して、上側の領域を第1の領域S1、下側の領域を第2の領域S2、第1の中心線L1に対して、右側の領域を第3の領域S3、左側の領域を第4の領域S4とする。
第1の領域S1には、腕部20a、第1固定部30a、腕部20b、第1固定部30bが設けられ、第2の領域S2には、腕部20c、第1固定部30c、第2固定部30dが設けられている(図7(a)参照)。
また、第3の領域S3には、腕部20b、第1固定部30b、第2固定部30dが設けられ、第4の領域S4には、腕部20a、第1固定部30a、腕部20c、第1固定部30cが設けられている(図7(b)参照)。
Here, the configuration of the
In this description, in plan view, the first center line L1 passing through the centers of the two
For convenience of explanation, the + Y direction side of the first center line L1 in FIG. 7 is “upper”, the −Y direction side is “lower”, the −X direction side of the second centerline L2 is “left”, + X The direction side is called “right”.
In the
The first region S1 is provided with an
Further, the
ここでは、カンチレバー部101の各領域が有している各腕部、および各固定部について説明する。
Here, each arm part which each area | region of the
まず、各領域の各固定部について、図7(a)を用いて説明する。カンチレバー部101の平面視において、第1の領域S1(上側)にある腕部20aの第1固定部30aと腕部20bの第1固定部30bと、第2の領域S2(下側)にある腕部20cの第1固定部30cと第2固定部30dとは、第2の中心線L2に対して、非対称の位置に配置されている。また、第2固定部30dは、ベース部10に第1固定部30cより広い面積を有している。
腕部20の第1固定部30と、第2固定部30dが第2の中心線L2に対して非対称の位置に配置されていることで、物理量検出素子70の振動は、腕部20を介して第1固定部30に伝搬され、いわゆる振動漏れを抑制することが可能であり、物理量、たとえば、加速度の測定を行うことができる。
物理量検出センサー100に加速度が加えられたときは、第2の領域S2の第2固定部30dが広い面積で、ベース部10と接続されているために回転運動によるカンチレバー部101の歪みを、抑制することができる。
First, each fixing part in each region will be described with reference to FIG. In a plan view of the
Since the first fixed
When acceleration is applied to the physical
次に、各領域の各腕部について図7(a)を用いて説明する。
カンチレバー部101の平面視において、第1の領域S1(上側)にある腕部20aと腕部20bと、第2の領域S2(下側)にある腕部20cとは、第2の中心線L2に対して、腕部20の数が異なっている。ベース基板102と接続されている第1固定部30を備えた腕部20が、平面視で第2の中心線L2に対して第1の領域S1と、第2の領域S2とで数が異なるように設けられている。
第2の領域S2にある腕部20は、第1の領域S1にある腕部20と比して数が少ないために、ベース部10の第2固定部30dの面積が増加し、ベース基板102との接続する面積も増加するということである。物理量検出センサー100に物理量、たとえば、加速度が加えられたときは、第1固定部30を備えた腕部20の数が少ない側に、ベース部10の第2固定部30dが設けられていることで、回転運動によるカンチレバー部101の歪みの影響を、ベース部10の第2固定部30dによって抑制することができる。
Next, each arm part in each region will be described with reference to FIG.
In plan view of the
Since the number of the
各領域の各腕部の数について、図7(b)を用いて説明する。
本説明では、平面視において、第1の中心線L1に対して第3の領域S3(右側)と、第4の領域S4(左側)とを用いて説明する。第3の領域S3にある腕部20の数は、第4の領域S4にある腕部20の数と比して少なくなっている。第3の領域S3には、腕部20の数が少ない代わりに第2固定部30dが設けられている。第3の領域S3にある腕部20の数を少なくし、腕部20が形成されている空隙を無くすことで、第3の領域S3にあるベース部10を広げることができる。第3の領域S3にあるベース部10を広げることで、ベース部10の剛性が高められ、かつ、第2固定部30dの面積が広く設けられることで、ベース基板102とカンチレバー部101との接続の強度が保たれる。
The number of arms in each area will be described with reference to FIG.
In this description, the description will be made using the third region S3 (right side) and the fourth region S4 (left side) with respect to the first center line L1 in plan view. The number of
カンチレバー部101は、たとえば、水晶基板等に、ウェットエッチング等の処理を受けることで、ベース部10、可動部14、継手部12、および腕部20(20a,20b,20c)が形成されている。材料としては、X−Y平面に沿って位置する板状の水晶基板(「Zカット板」ともいう)が用いられている。
For example, the
上述した水晶基板は、ウェットエッチングの処理を受け、腕部20等が設けられている。水晶基板が、ウェットエッチングの処理を受けると、Z軸に沿ってエッチングが進行していく。水晶は、各結晶軸の方向に応じてエッチングの速度が変わるという水晶特有のエッチング異方性を有しているため、ウェットエッチングの処理を受けた後に水晶基板の空隙にエッチング残渣140(いわゆる「ヒレ」)が発生する(図8参照)。エッチング残渣140は、たとえば、水晶基板がZカット板の場合、+X軸の方向と、±Y軸の方向との交差部から、−X軸方向に向かって発生する。
The above-described quartz substrate is subjected to wet etching and is provided with an
エッチング残渣140の発生しているカンチレバー部101に、たとえば、衝撃が加えられた場合、エッチング残渣140の発生している箇所に衝撃の応力が集中する。この応力集中のために、カンチレバー部101は、破損してしまうことがある。
For example, when an impact is applied to the
したがって、上述したような、カンチレバー部101は、エッチング残渣140が発生する箇所の剛性を高める必要がある。たとえば、カンチレバー部101の腕部20a,20b,20cを幅広にするとともに、形状的にエッチング残渣140が発生しやすいベース部10をソリッド化することである。
Therefore, the
カンチレバー部101において、エッチング残渣140が発生しやすい箇所の説明をする。
本説明では、リッド103側からの平面視において、第1の中心線L1に対して、+X軸方向の第3の領域S3と、−X軸方向の第4の領域S4とを用いて説明する。
エッチング残渣140は、上述したように、水晶基板がZカット板の場合、+X軸方向と、±Y軸方向との交差部から、−X軸方向に向かって発生する。このことにより、エッチング残渣140は、カンチレバー部101の第3の領域S3にあるベース部10で発生しやすくなる。
In the
In this description, in the plan view from the
As described above, the
本実施形態では、第3の領域S3にあるベース部10に平坦部15が設けられていることで、ベース部10に発生するエッチング残渣140が少なくなり、応力の集中によるカンチレバー部101の破損が抑制される。また、第3の領域S3にあるベース部10に、平坦部15、および第2固定部30dが設けられていることで、第4の領域S4に設けられている腕部の数と、第3の領域S3に設けられている腕部の数とは異なることになる。
なお、本実施形態では、第3の領域S3にあるベース部10に平坦部15が設けられているが、第4の領域S4、または第3の領域S3と、第4の領域S4との両側のベース部10に平坦部15が設けられていてもよい。
In the present embodiment, since the
In the present embodiment, the
本実施形態の物理量検出デバイス110は、たとえば、物理量検出デバイス110に加えられた物理量、たとえば、加速度α1,α2(図6参照)を検出するため、物理量検出素子70が一定の振動(運動)を繰り返している。当該振動が、寄生振動(スプリアス)として物理量検出素子70が接続されているベース部10、および腕部20aに伝搬され、第1固定部30aに到達する。
ここで、第1固定部30aは、段差部108a(ベース基板102)と接続される主面10b側に、設けられている。第1固定部30aの固定部接続端子36aは、接合材35を介して、段差部108aの内部端子34aと平面視において重なるように接続されている。よって、段差部108aと、第1固定部30aとが接続される際に第1固定部30aは、主面10b側と、段差部108aとを選択的に接続させることができる。
The physical
Here, the 1st fixing |
従って、物理量検出素子70から生じるスプリアス(寄生振動)がベース部10を介して腕部20aに伝搬される場合において、腕部20aが段差部108aに固定される位置が一定となるため、腕部20aにおけるスプリアスの共振周波数が一定に保たれる。
なお、腕部20bの構造は、腕部20aと同一であるため、腕部20bの詳しい説明は省略する。また、第1固定部30bの構造も、第1固定部30aと同一であるため、第1固定部30bの詳しい説明は省略する。
Therefore, when spurious (parasitic vibration) generated from the physical
In addition, since the structure of the
腕部20cにおいて、第1固定部30cは、前述したように主面10b側と、段差部108b(ベース基板102)とがベース接合材52を介して選択的に接続されている。従って、物理量検出素子70から生じるスプリアス(寄生振動)がベース部10を介して腕部20cに伝搬される場合において、腕部20cが段差部108bに固定される位置が一定となるため、腕部20cにおけるスプリアスの共振周波数が一定に保たれる。
In the
また、ベース部10と、ベース基板102との熱膨張率の相違等によって生じる歪みの応力が、物理量検出素子70に伝搬される場合がある。その場合には、ベース部10から延在されている腕部20a,20b,20cの弾性構造によって変形し易く(撓み易く)、この変形(撓み)により、応力を緩和することができる。
In addition, a distortion stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the
次に、抑止部40a,40bについて説明する。ベース部10には、腕部20aのベース部10寄りに抑止部40aが設けられ、腕部20bのベース部10寄りに抑止部40bが設けられている。抑止部40a,40bの作用については、後述する。
Next, the
[物理量検出素子]
図1、図3、および図4に示すように物理量検出素子70は、2つの基部72(72a,72b)と、基部72a,72b間に設けられている振動梁部71(71a,71b)と、を有し、2つの基部72が、それぞれベース部10(主面10b)と、可動部14(主面14b)とに接続されることで、継手部12を跨いで設けられている。
本実施形態の物理量検出素子70は、たとえば、可動部14が物理量に応じて変位することで、振動梁部71a,71bに応力が生じ、振動梁部71a,71bに発生する物理量検出情報が変化する。換言すると、振動梁部71a,71bの振動周波数(共振周波数)が変化する。なお、本実施形態において物理量検出素子70は、2本の振動梁部71a,71bと、一対の基部72a,72bと、を有している双音叉素子(双音叉型振動素子)である。
[Physical quantity detection element]
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the physical
In the physical
振動梁部71a,71bは、可動部14の延在するY軸方向に沿って基部72aと、基部72bとの間に延在して設けられている。振動梁部71a,71bの形状は、たとえば、角柱状である。振動梁部71a,71bは、振動梁部71a,71bに設けられている励振電極(図示省略)に駆動信号が印加されると、X軸方向に沿って、互いに離間、または近接するように屈曲振動をする。
The vibrating
基部72a,72bは、振動梁部71a,71bの延在方向の両端に接続されている。基部72aは、ベース部10の主面10bに検出素子接合材84を介して接続されている。基部72bは、可動部14の主面14bに検出素子接合材84を介して接続されている。検出素子接合材84としては、たとえば、低融点ガラスや、共晶接合可能な金(Au)と錫(Sn)との合金被膜を用いてもよい。
The
本実施形態における物理量検出素子70は、たとえば、いわゆる水晶原石等から所定の角度で切り出された水晶基板を、フォトリソグラフィー技術、およびエッチング技術によってパターニングすることにより形成されている。これにより、振動梁部71a,71b、および基部72a,72bを、一体に形成することができる。
The physical
なお、物理量検出素子70の材質は、前述の水晶基板に限定されるものではない。たとえば、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)等の圧電材料を用いてもよい。また、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)等の圧電体(圧電材料)被膜を備えたシリコン等の半導体材料を用いてもよい。
Note that the material of the physical
物理量検出素子70の基部72a上には、たとえば、引き出し電極(図示省略)が設けられている。引き出し電極は、振動梁部71a,71bに設けられている励振電極(図示省略)と電気的に接続されている。
引き出し電極は、たとえば、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属ワイヤー(図示省略)によって、ベース部10の主面10bに設けられている接続端子(図示省略)と電気的に接続されている。
On the
The lead electrode is electrically connected to a connection terminal (not shown) provided on the
接続端子は、図示しない配線によって、固定部接続端子36a,36bと電気的に接続されている。
The connection terminals are electrically connected to the fixed
励振電極、引き出し電極、接続端子、および固定部接続端子36a,36bは、たとえば、クロム(Cr)層を下地として、その上に金(Au)層を積層した積層体が用いられている。励振電極、引き出し電極、接続端子、および固定部接続端子36a,36bは、たとえば、スパッタ法等によって導電層を形成し、当該導電層をパターニングすることによって設けられている。
As the excitation electrode, the lead electrode, the connection terminal, and the fixed
本実施形態における物理量検出素子70は、2つの基部72a,72bの間に設けられている振動梁部71a,71bが継手部12と交差(直交)させて配置されている。換言すれば、溝部12a,12bの伸びる方向と交差する方向に沿って、振動梁部71a,71bが配置されている。これにより、たとえば、加速度が加えられたときの可動部14の撓みをそのまま振動梁部71a,71bに伝えることが可能となる。従って、わずかな可動部14の撓みも振動梁部71a,71bの共振周波数の変化として検出されることが可能となり、検出感度の低下を防止することが可能となる。
In the physical
なお、物理量検出素子70は、ベース部10に対して内底面109a側の主面10bと、主面14bとに設けられているが、ベース部10に対してリッド103側の主面10aと、主面14aとに設けられている構成も考えられる。
The physical
[物理量検出デバイスの動作]
次に、物理量検出デバイス110の動作について説明する。
図6は、物理量検出デバイス110の動作を説明するための断面図である。また、図6では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。なお、Z軸は、重力が作用する方向を示す軸である。
[Physical quantity detection device operation]
Next, the operation of the physical
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the operation of the physical
図6(a)に示すように、たとえば、物理量検出デバイス110に、−Z軸方向に加速度α1(重力方向に加えられる加速度)が加えられると、加速度α1に応じて、可動部14が継手部12を支点にして−Z軸方向に変位する。これにより、物理量検出素子70には、Y軸に沿って基部72aと、基部72bとに矢印β1(互いに離れる)方向の力(張力)が加えられ、振動梁部71a,71bには矢印β1方向の引っ張り応力が生じる。そのため、振動梁部71a,71bの振動周波数(共振周波数)は、高くなる。
As shown in FIG. 6A, for example, when an acceleration α1 (acceleration applied in the direction of gravity) is applied to the physical
一方、図6(b)に示すように、たとえば、物理量検出デバイス110に、+Z軸方向に加速度α2(重力方向と反対方向に加えられる加速度)が加えられると、加速度α2に応じて、可動部14が継手部12を支点にして+Z軸方向に変位する。これにより、物理量検出素子70には、Y軸に沿って基部72aと、基部72bとに矢印β2(互いに近づく)方向の力(圧縮力)が加えられ、振動梁部71a,71bには矢印β2方向の圧縮応力が生じる。そのため、振動梁部71a,71bの振動周波数(共振周波数)は、低くなる。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, for example, when an acceleration α2 (acceleration applied in the direction opposite to the gravity direction) is applied to the physical
抑止部40a,40b(図1、図4、および図5参照)は、図6(a)、図6(b)に示すように、たとえば、Z軸方向に加わる加速度α1,α2が所定の大きさより大きい場合、可動部14が変位し、可動部14に接続されている質量部80,82と接触する。そのため、Z軸方向の可動部14の変位は、抑止部40a,40bによって所定の範囲内に規制されている。これにより、可動部14の過度の変位によって生じる、物理量検出デバイス110(カンチレバー部101)の破損が抑制される。
As shown in FIGS. 6 (a), 6 (b), the
また、物理量検出センサー100には、物理量検出デバイス110から出力される出力信号を処理する電子回路150が搭載されていてもよい。ここで、図9を用いて電子回路150が搭載されている物理量検出センサー100について説明する。図9は、本実施形態の物理量検出センサー100の電子回路150が搭載されている状態の図1の線分A−A’で示す部分の断面図である。そして、図9では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。なお、Z軸は、重力が作用する方向を示す軸である。
The physical
図9に示す物理量検出センサー100には、ベース基板102の凹部106内に電子回路150が設けられている。
物理量検出センサー100において、電子回路150から内部端子34a,34b(図示省略)を経由して、物理量検出デバイス110の励振電極(図示省略)に駆動信号が与えられる。
駆動信号が与えられると、物理量検出素子70の振動梁部71a,71bは、所定の周波数で屈曲振動(共振)する。そして、物理量検出センサー100は、印加される加速度α1,α2に応じて物理量検出素子70が変化する。変化することで物理量検出素子70から出力される共振周波数は、電子回路150で増幅し、図示しない配線によって外部端子107a,107bから物理量検出センサー100の外部に出力される。
In the physical
In the physical
When a drive signal is given, the vibrating
なお、物理量検出センサー100は、上述した加速度の検出が可能な加速度センサーとして用いられるほかに、傾斜センサーとして用いられてもよい。傾斜センサーとしての物理量検出センサー100は、傾斜による姿勢の変化に応じて、物理量検出センサー100に対する、重力加速度が加わる方向が変化すると、質量部80,82の重みによって可動部14が撓み、物理量検出素子70の振動梁部71a,71bに引っ張り応力や圧縮応力が生じる。そして、振動梁部71a,71bの共振周波数が変化する。その変化に基づいて、傾斜による姿勢の状態が導出される。
The physical
以上述べたように、第1実施形態にかかる物理量検出センサー100によれば、以下の効果が得られる。
As described above, according to the physical
第1実施形態によれば、ベース部10は、形状的にエッチング残渣140の発生する場所をソリッド化(平坦部15)することで、ベース部10の剛性を高められる。ベース部10の主面10bには、第2固定部30d(ベース接合材52)が設けられ、ベース部10と、ベース基板102とは、第2固定部30dを介して直接接続されている。つまり、ベース部10と、ベース基板102は、ベース接合材52によって接続されている。従って、物理量検出センサー100に衝撃などが加えられた場合でも、ベース部10とベース基板102とが、はがれにくくなり、強固な接続を維持できる。これらにより、ベース基板102の変位と、回転のモーメントとを抑制させ、カンチレバー部101と、物理量検出素子70との破損を抑制させることが可能な物理量検出センサー100を提供することができる。
According to the first embodiment, the
また、ベース部10と、ベース基板102との熱膨張率の相違等によって生じる歪みの応力が、物理量検出素子70に伝搬される場合には、ベース部10から延在されている腕部20a,20b,20cの弾性構造によって変形し易く(撓み易く)、この変形(撓み)により、応力を緩和させることが可能な物理量検出センサー100を提供することができる。
Further, in the case where a strain stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the
また、本実施形態の物理量検出センサー100は、上述した物理量検出デバイス110を搭載することで、第1固定部30(30a,30b,30c)、および第2固定部30dに含まれる各接合材(接合材35、ベース接合材52)がベース基板102(段差部108a,108b)と、接続される面積が一定に保たれる。換言すると、第1固定部30(30a,30b,30c)、および第2固定部30dとベース基板102(段差部108a,108b)との接続面積が抑制される。
In addition, the physical
従って、物理量検出素子70から生じるスプリアスがベース部10を介して第1固定部30(30a,30b,30c)、および第2固定部30dに伝搬される場合においても、固定される面積、および位置が一定となるため、スプリアスの共振周波数が一定に保たれる。
Therefore, even when the spurious generated from the physical
また、本実施形態の物理量検出センサー100における物理量検出素子70は、ベース部10と、可動部14とに接続(固定)されている。これにより、物理量検出素子70は、その両端(基部72a,72b)が固定されているため、物理量検出素子70の振動以外の振動がノイズとして検出されることが抑制される。また、検出素子接合材84の歪み、およびベース基板102との熱膨張率の違いによる歪みの影響を抑制し、物理量検出素子70の破損を抑制させることが可能な物理量検出センサー100を提供することができる。
In addition, the physical
また、物理量検出センサー100は、加えられた物理量に応じて可動部14が変位し、その変位を物理量検出素子70が検出することが可能な検出精度が高いセンサーである。
The physical
また、物理量検出デバイス110をパッケージ120に収容した物理量検出センサー100によれば、パッケージ120外の雰囲気や温度等の外乱要因による影響を抑制して物理量を検出することができ、検出センサーとしての安定した検出性能を維持することができる。
In addition, according to the physical
(第2実施形態)
まず、図10、および図11を用いて第2実施形態の物理量検出センサーについて説明する。
図10は、第2実施形態にかかる物理量検出センサー200の構成を示す平面図であり、図11は、図10において線分D−D’で示す部分の断面図である。
(Second Embodiment)
First, the physical quantity detection sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
FIG. 10 is a plan view showing a configuration of a physical
本実施形態の物理量検出センサー200について説明する。なお、説明にあたり、上述した第1実施形態の構成と同様の構成には、同様の符号を附して説明を簡略、または省略する。そして、図10、および図11では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。なお、Z軸は、重力が作用する方向を示す軸である。
なお、説明の便宜上、図10ではリッド103の図示を省略している。
本実施形態においては、Z軸方向から物理量検出センサー200を見ることを平面視として説明する。
The physical
For convenience of explanation, the
In the present embodiment, viewing the physical
物理量検出センサー200は、図10、および図11に示すように、物理量検出デバイス113と、パッケージ120とを有している。パッケージ120は、ベース基板102と、リッド103とを有している。物理量検出デバイス113は、カンチレバー部112と、物理量検出素子70と、質量部80,82とを含んで構成されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, the physical
本実施形態のベース基板102は、凹部106の内側の底面である内底面109aと、内底面109aからリッド103側に突出している段差部108(108a,108b,108c)と、を有している。
The
段差部108a,108b,108cは、物理量検出デバイス113を固定するために設けられ、たとえば、凹部106の内壁に沿って設けられている。
詳述すると、段差部108aは、平面視において、略L字状の形状を有しており、凹部106の−X軸方向の内壁と、−Y軸方向の内壁とに沿って、所定の幅を持って連続して設けられている。段差部108bは、平面視において、略L字状の形状を有しており、凹部106の+X軸方向の内壁と、−Y軸方向の内壁とに沿って、所定の幅を持って連続して設けられている。段差部108cは、平面視において、段差部108aと、段差部108bとが接続されるように、凹部106の−Y軸方向の内壁に沿って、所定の幅を持って設けられている。
The
More specifically, the
ここで、本実施形態のカンチレバー部112について説明する。
カンチレバー部112の形状は、物理量検出素子70の基部72aの−Y軸方向に後述するベース延在部18が設けられていること以外は、第1実施形態のカンチレバー部101と略同様である。カンチレバー部112の腕部20(20a,20b,20c)は、第1実施形態のカンチレバー部101の腕部20(20a,20b,20c)と構成、および形状が同様であるために説明は省略する。また、カンチレバー部112の第1固定部30(30a,30b,30c)は、第1実施形態のカンチレバー部101の第1固定部30(30a,30b,30c)と構成、および形状が同様であるため説明は省略する。
Here, the
The shape of the
カンチレバー部112のベース部10には、主面10bに取り付けられた物理量検出素子70の基部72aの−Y軸の方向に、ベース延在部18が段差部108cと平面視において重なるように設けられている。
The
ベース延在部18と、段差部108cとが平面視において重なった位置に第2固定部30dが設けられている。第2固定部30dの主面10b側には、ベース接合材52の設置領域であるベース接合部52aがあり、ベース接合部52aに設けられているベース接合材52によって、段差部108c(ベース基板102)と、カンチレバー部112とが接続されている。
A
物理量検出デバイス113(カンチレバー部112)は、第1固定部30(30a,30b,30c)、および第2固定部30dを介して、ベース基板102(段差部108(108a,108b,108c))と接続されている。
The physical quantity detection device 113 (cantilever part 112) is connected to the base substrate 102 (step part 108 (108a, 108b, 108c)) via the first fixing part 30 (30a, 30b, 30c) and the
物理量検出デバイス113の動作については、第1実施形態の物理量検出デバイス110と同様であるために説明は省略する。
Since the operation of the physical
たとえば、物理量検出センサー200に物理量、たとえば、加速度が加えられた場合、物理量検出デバイス113(カンチレバー部112)に対して応力が生じる。ベース延在部18の主面10bに第2固定部30dが設けられ、ベース接合材52を介して接続されていることにより、ベース部10と、ベース基板102(段差部108c)とが強固に固定されている。このことにより、物理量検出センサー200に、物理量、たとえば、加速度が加えられた場合に生じるカンチレバー部112のベース部10の変位(揺れ)と、回転のモーメントとが抑制される。
For example, when a physical quantity, for example, acceleration is applied to the physical
物理量検出センサー200は、第1実施形態で述べた加速度の検出が可能な加速度センサーとして用いられるほかに、傾斜センサーとしても用いられる。
The physical
以上述べたように、第2実施形態にかかる物理量検出センサー200によれば、以下の効果が得られる。
As described above, according to the physical
第2実施形態によれば、物理量検出デバイス113におけるカンチレバー部112(ベース部10)の第2固定部30dは、カンチレバー部112のベース延在部18の主面10bに配置され、ベース基板102(段差部108c)とベース接合材52を介して接続されている。この物理量検出デバイス113に衝撃などが加えられた場合でも、ベース部10の腕部20a,20b,20c、および第1固定部30a,30b,30cは、第1実施形態の構成、および形状が同様であるために、第1実施形態と同様の効果が得られる。
従って、カンチレバー部112が、第2固定部30dの位置に固定されていることで応力が緩和させられる物理量検出センサー200が得られる。
According to the second embodiment, the
Therefore, the physical
なお、カンチレバー部112と、ベース基板102との接続箇所(第2固定部30d)が、カンチレバー部112のベース延在部18の主面10bに設けられることで、耐衝撃性が備えられている物理量検出センサー200が得られる。
In addition, the connection part (2nd fixing | fixed
なお、前述の実施形態では、物理量検出素子70として、双音叉素子を用いた例について説明したが、可動部14の変位に基づいて振動周波数が変化し、物理量を検出することができれば、物理量検出素子70の形態は、特に限定されない。
また、物理量検出素子70として、可動部14の変位に基づいて電気抵抗が変化し、物理量を検出する、いわゆる歪みゲージが用いられてもよい。なお、歪みゲージが用いられる場合は、前述した実施形態の振動周波数の変化による物理量の検出を、抵抗値の変化による物理量の検出に置き換えることができるので説明を省略する。
In the above-described embodiment, an example in which a double tuning fork element is used as the physical
Further, as the physical
(実施例)
次いで、本発明の一実施形態にかかる物理量検出センサー100を適用した実施例について、図12に基づき説明する。
図12(a)は、物理量検出センサー100が搭載されているビデオカメラを示す斜視図、図12(b)は、物理量検出センサー100が搭載されている携帯電話を示す斜視図であり、図12(c)は、物理量検出センサー100が搭載されている移動体である自動車を示す斜視図である。
(Example)
Next, an example in which the physical
12A is a perspective view showing a video camera on which the physical
[電子機器]
図12(a),(b)に示すように、電子機器としてのビデオカメラ500、および携帯電話600は、本実施形態にかかる物理量検出センサー100が搭載されている。
最初に、図12(a)に示すビデオカメラ500は、受像部501と、操作部502と、音声入力部503と、表示ユニット504と、が搭載されている。このビデオカメラ500は、物理量検出センサー100を備えており、たとえば、3つの物理量検出センサー100を備えていれば、X軸、Y軸、Z軸(不図示)の3方向の物理量、たとえば、加速度あるいは傾斜等を検出して、手ぶれ等を補正する機能を発揮できる。これにより、ビデオカメラ500は、鮮明な動画映像を記録することができる。
[Electronics]
As shown in FIGS. 12A and 12B, a
First, a
また、図12(b)に示す携帯電話600は、複数の操作ボタン601と、表示ユニット602と、カメラ機構603と、シャッターボタン604と、が搭載されていて、電話機、およびカメラとして機能する。この携帯電話600は、物理量検出センサー100が搭載されており、たとえば、3つの物理量検出センサー100が搭載されていれば、X軸、Y軸、Z軸(不図示)の3方向の物理量、たとえば、加速度あるいは傾斜等を検出することにより、カメラ機構603の手ぶれ等を補正する機能を発揮できる。これにより、携帯電話600は、カメラ機構603により鮮明な画像を記録することができる。
A
なお、本発明の一実施形態にかかる物理量検出センサー100は、図12(a)のビデオカメラ、図12(b)の携帯電話機の他にも、たとえば、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)、デジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置(たとえば、インクジェットプリンター)、テレビ、ビデオレコーダー、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(たとえば、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(たとえば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
Note that the physical
[移動体]
次に、物理量検出センサー100を用いた移動体について説明する。図12(c)に示すように、移動体700は自動車であって、物理量検出センサー100が搭載されていている。移動体700において、物理量検出センサー100は、車体701に搭載されている電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)703に内蔵されている。電子制御ユニット703は、たとえば、物理量検出センサー100が加速度センサーや傾斜センサーとして車体701の状態を検出することにより、移動体700の姿勢や移動状況等を把握し、サスペンション704、およびタイヤ702等の制御を的確に行うことができる。これにより、移動体700は、安全で安定した移動をすることができる。
[Moving object]
Next, a moving body using the physical
また、物理量検出センサー100は、既述した電子機器や移動体に搭載される以外に、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:Antilock Brake System)、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、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニットに搭載でき、広範な分野に適用可能である。
The physical
10…ベース部、10a,10b…主面、12…継手部、12a,12b…溝部、14…可動部、14a,14b…主面、15…平坦部、18…ベース延在部、20a,20b,20c…腕部、30a,30b,30c…第1固定部、30d…第2固定部、34a,34b…内部端子、35…接合材、36a,36b…固定部接続端子、40a,40b…抑止部、50a,50b…ベース接合部、52…ベース接合材、70…物理量検出素子、71a,71b…振動梁部、72a,72b…基部、80,82…質量部、84…検出素子接合材、86…質量接合材、90…封止部、92…貫通孔、100,200…物理量検出センサー、101,112…カンチレバー部、102…ベース基板、103…リッド、105…リッド接合材、106…凹部、107a,107b…外部端子、108a,108b,108c…段差部、109a…内底面、109b…外底面、110…物理量検出デバイス、113…物理量検出デバイス、120…パッケージ、140…エッチング残渣、150…電子回路、500…ビデオカメラ、501…受像部、502…操作部、503…音声入力部、504…表示ユニット、600…携帯電話、601…複数の操作ボタン、602…表示ユニット、603…カメラ機構、604…シャッターボタン、700…移動体、701…車体、702…タイヤ、703…電子制御ユニット、704…サスペンション、L1…第1の中心線、L2…第2の中心線、S1…第1の領域、S2…第2の領域、S3…第3の領域、S4…第4の領域。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記ベース部、および前記可動部に接続されている物理量検出素子と、
前記第1固定部、および前記第2固定部が接続されているベース基板と、を備えていることを特徴とする物理量検出センサー。 A base part, a movable part connected to the base part via a joint part, an arm part extending from the base part, a first fixed part provided on the arm part, and the base A cantilever part having a second fixing part provided in the part,
A physical quantity detection element connected to the base part and the movable part;
A physical quantity detection sensor comprising: a base substrate to which the first fixing portion and the second fixing portion are connected.
前記溝部の伸びる方向と交差する方向に沿って前記振動梁部が配置されていることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項に記載の物理量検出センサー。 The joint has a groove provided along the direction of the second center line in plan view,
The physical quantity detection sensor according to claim 3, wherein the vibrating beam portion is arranged along a direction intersecting with a direction in which the groove portion extends.
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