JP2021051040A - 慣性センサー、電子機器、及び移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度を有する慣性センサー、電子機器、及び移動体を提供する。【解決手段】慣性センサー1は、慣性センサー素子21x、21y、21zが配置されている第1面31と、第1面31と交差する第2面32に第1取付け部30と、を有する基体22と、基体22を収納する収納部17と、収納部17の第2面32に対向する側壁面9に第2取付け部8と、を有する基板10と、を備え、第1取付け部30と第2取付け部8とが嵌合し、基体22の第1面31と表裏をなす第3面33と、基板10の基体22に対向する面10fの少なくとも一部と、が接している。【選択図】図2
Description
本発明は、慣性センサー、電子機器、及び移動体に関する。
近年、シリコンMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて製造された慣性センサーが開発されている。
このような慣性センサーとして、例えば、特許文献1には、櫛歯状をなして対向配置されている可動電極および固定電極を有するセンサー素子や板状をなして対向配置されている可動電極および固定電極を有するセンサー素子を有し、これら二つの電極間の静電容量に基づいて加速度を検出する静電容量型の慣性センサーが記載されている。このような構成の慣性センサーは、パッケージ内にセンサー素子を収納した容器と、センサー素子を駆動する回路素子と、が実装されている。
このような慣性センサーとして、例えば、特許文献1には、櫛歯状をなして対向配置されている可動電極および固定電極を有するセンサー素子や板状をなして対向配置されている可動電極および固定電極を有するセンサー素子を有し、これら二つの電極間の静電容量に基づいて加速度を検出する静電容量型の慣性センサーが記載されている。このような構成の慣性センサーは、パッケージ内にセンサー素子を収納した容器と、センサー素子を駆動する回路素子と、が実装されている。
しかしながら、特許文献1に記載の慣性センサーは、接合材を用いてセンサー素子を収納した容器をパッケージ内に実装しているため、実装に起因した応力により容器に反りが発生してしまう。この容器に生じる反りに起因して、内部に収納されているセンサー素子に応力が加わることによって、可動電極および固定電極に歪が生じ、電極間に発生する静電容量が変動することで検出精度が低下するという課題があった。
慣性センサーは、慣性センサー素子が配置されている第1面と、前記第1面と交差する第2面に第1取付け部と、を有する基体と、前記基体を収納する収納部と、前記収納部の前記第2面に対向する側壁面に第2取付け部と、を有する基板と、を備え、前記第1取付け部と前記第2取付け部とが嵌合し、前記基体の前記第1面と表裏をなす第3面と、前記基板の前記基体に対向する面の少なくとも一部と、が接していることを特徴とする。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部は、前記側壁面側に突出する凸形状であり、前記第2取付け部は、前記基体側に開口する凹形状であることが好ましい。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部は、前記側壁面側に開口する凹形状であり、前記第2取付け部は、前記基体側に突出する凸形状であることが好ましい。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第2面が前記第1面と接する方向と交差する方向に沿って複数配置されていることが好ましい。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第2面と表裏をなす第4面側に配置されていることが好ましい。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第1面と前記第2面とに交差する第5面側に配置されていることが好ましい。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第5面側と、前記第5面と表裏をなす第6面側と、に配置されていることが好ましい。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部との間に緩衝材が配置されていることが好ましい。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部との上面に抑え板が配置されていることが好ましい。
上記の慣性センサーにおいて、前記凸形状の前記第1取付け部は、接続端子を備え、前記慣性センサー素子と前記接続端子を介して電気的に接続されている回路素子を備えていることが好ましい。
上記の慣性センサーにおいて、前記凸形状の前記第2取付け部は、内部端子を備え、前記内部端子を介して電気的に接続されている回路素子を備えていることが好ましい。
電子機器は、上記の慣性センサーを備えていることを特徴とする。
移動体は、上記の慣性センサーを備えていることを特徴とする。
1.第1実施形態
先ず、第1実施形態に係る慣性センサー1として、X軸、Y軸、及びZ軸のそれぞれの方向の加速度を独立して検知することのできる3軸加速度センサーを一例として挙げ、図1〜図8を参照して説明する。
図1は、第1実施形態に係る慣性センサー1の概略構成を示す斜視図である。図2は、慣性センサー1の概略構成を示す平面図である。図3は、図2のA−A線での断面図である。図4は、慣性センサー素子部20の概略構成を示す平面図である。図5は、図4のB−B線での断面図である。図6は、第1慣性センサー素子21xの概略構成を示す平面図である。図7は、第2慣性センサー素子21yの概略構成を示す平面図である。図8は、第3慣性センサー素子21zの概略構成を示す平面図である。なお、図2では、分かり易くするために、蓋部15の図示を省略している。また、上記各図では、説明の便宜上、配線など省略してあり、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、図中のX軸、Y軸、Z軸は、互いに直交する座標軸であり、X軸に沿う方向を「X方向」、Y軸に沿う方向を「Y方向」、Z軸に沿う方向を「Z方向」とし、矢印の方向がプラス方向である。また、Z方向のプラス方向を「上方」又は「上面」、Z方向のマイナス方向を「下方」又は「下面」と言う。
先ず、第1実施形態に係る慣性センサー1として、X軸、Y軸、及びZ軸のそれぞれの方向の加速度を独立して検知することのできる3軸加速度センサーを一例として挙げ、図1〜図8を参照して説明する。
図1は、第1実施形態に係る慣性センサー1の概略構成を示す斜視図である。図2は、慣性センサー1の概略構成を示す平面図である。図3は、図2のA−A線での断面図である。図4は、慣性センサー素子部20の概略構成を示す平面図である。図5は、図4のB−B線での断面図である。図6は、第1慣性センサー素子21xの概略構成を示す平面図である。図7は、第2慣性センサー素子21yの概略構成を示す平面図である。図8は、第3慣性センサー素子21zの概略構成を示す平面図である。なお、図2では、分かり易くするために、蓋部15の図示を省略している。また、上記各図では、説明の便宜上、配線など省略してあり、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、図中のX軸、Y軸、Z軸は、互いに直交する座標軸であり、X軸に沿う方向を「X方向」、Y軸に沿う方向を「Y方向」、Z軸に沿う方向を「Z方向」とし、矢印の方向がプラス方向である。また、Z方向のプラス方向を「上方」又は「上面」、Z方向のマイナス方向を「下方」又は「下面」と言う。
本実施形態に係る慣性センサー1は、図1、図2、及び図3に示すように、パッケージ7と、パッケージ7内に収納された構造体5と、を有している。なお、構造体5は、慣性センサー素子部20と、慣性センサー素子部20上に配置されたIC(Integrated Circuit)などの回路素子40と、を含み構成されている。
パッケージ7は、第1の基材11、第2の基材12、及び第3の基材13で構成されている基板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部15とを含み構成されている。なお、第1の基材11、第2の基材12、及び第3の基材13は、この順で積層されて基板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及び第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。
基板10は、第2の基材12及び第3の基材13が環状体であるため、構造体5を収納する収納部17を構成することができる。また、第2の基材12の構造体5と対向する側壁面9には、構造体5側に開口する凹形状の第2取付け部8が設けられている。この第2取付け部8と、後述する慣性センサー素子部20に設けられた側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30と、を嵌合することで、構造体5を基板10の収納部17に実装することができる。また、第1取付け部30と第2取付け部8との間には、シリコンゴムなどの緩衝材70が設けられており、第1取付け部30と第2取付け部8とが対向する方向へ基体22がずれるのを低減することができる。
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の下方の面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、基板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。
第1の基材11、第2の基材12、及び第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、及び第3の基材13の構成材料は、セラミック以外に、ガラス、樹脂、金属等を用いてもよい。また、蓋部15の構成材料には、例えば、コバールなどの金属材料、ガラス材料、シリコン材料、セラミック材料、樹脂材料などを用いることができる。
構造体5は、慣性センサー素子部20と、接着層41によって慣性センサー素子部20上に接続されている回路素子40を含む。このように、パッケージ7と慣性センサー素子部20と回路素子40とを積層することにより、平面方向の配置効率を高め、慣性センサー1の平面視における面積を小さくすることができる。
構造体5は、基板10を構成する第1の基材11の上方の面10fに、慣性センサー素子部20の第3面33を接して、パッケージ7の収納部17に収納されている。なお、パッケージ7の収納部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。
構造体5を構成する慣性センサー素子部20及び回路素子40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。つまり、慣性センサー素子部20の第1面31に設けられた接続端子29と回路素子40の上面に設けられた端子45とは、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、回路素子40の上面に設けられた端子44は、ボンディングワイヤー42によってパッケージ7の第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。
次に、慣性センサー素子部20について、詳細に説明する。
慣性センサー素子部20は、図4及び図5に示すように、基体22及び蓋体23を有する容器25と、容器25内に収納された3つの慣性センサー素子21x、21y、21zと、を含み構成されている。なお、第1慣性センサー素子21xは、X方向の加速度Axを検知可能な加速度センサー素子であり、第2慣性センサー素子21yは、Y方向の加速度Ayを検知可能な加速度センサー素子であり、第3慣性センサー素子21zは、Z方向の加速度Azを検知可能な加速度センサー素子である。
慣性センサー素子部20は、図4及び図5に示すように、基体22及び蓋体23を有する容器25と、容器25内に収納された3つの慣性センサー素子21x、21y、21zと、を含み構成されている。なお、第1慣性センサー素子21xは、X方向の加速度Axを検知可能な加速度センサー素子であり、第2慣性センサー素子21yは、Y方向の加速度Ayを検知可能な加速度センサー素子であり、第3慣性センサー素子21zは、Z方向の加速度Azを検知可能な加速度センサー素子である。
容器25は、各慣性センサー素子21x、21y、21zを支持している基体22と、基体22にガラスフリット24を介し接合されている蓋体23と、を有し、基体22と蓋体23との間には、第1慣性センサー素子21x、第2慣性センサー素子21y、及び第3慣性センサー素子21zを収納している収納部26が形成されている。
基体22及び蓋体23は、それぞれ、板状をなし、X軸及びY軸を含む平面であるXY平面に沿って配置されている。
基体22は、回路素子40側の第1面31に、3つの慣性センサー素子21x、21y、21zと、複数の接続端子29と、蓋体23と、が配置されており、基体22の第1面31と交差する第2面32に、基板10の側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30が設けられている。そのため、側壁面9に設けられた凹形状の第2取付け部8と凸形状の第1取付け部30とを嵌合することで、構造体5を基板10の収納部17内に実装することができる。また、基体22の第1面31と表裏をなす第3面33を基板10の基体22と対向する面10fとを接して配置することで、より安定に構造体5を基板10の収納部17内に実装することができる。
基体22には、蓋体23側となる上方に開放する凹部28が設けられている。凹部28には、凹部28の底面から突出したマウント部M91が設けられており第3慣性センサー素子21zを支持している。なお、第1慣性センサー素子21x及び第2慣性センサー素子21yは、後述するマウント部M71,M72により支持されている。
蓋体23には、基体22側となる下方に開放する凹部27が基体22の凹部28と重なる位置に設けられている。蓋体23は、第1慣性センサー素子21x、第2慣性センサー素子21y、及び第3慣性センサー素子21zを非接触で覆うようにして基体22上に設けられており、凹部27を除く下面が基体22の凹部28を囲む上面にガラスフリット24を介して接合している。
基体22の凹部28と蓋体23の凹部27とにより収納部26が形成され、第1慣性センサー素子21x、第2慣性センサー素子21y、及び第3慣性センサー素子21zを収納している。
第1慣性センサー素子21x、第2慣性センサー素子21y、及び第3慣性センサー素子21zが収納されている収納部26は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されて、使用温度である−40℃〜80℃程度で、ほぼ大気圧、例えば、2.0×104〜2.0×105Pa程度となっている。これにより、加速度の検出感度を向上させることができる。なお、収納部26は、凹部27の上部に設けられた図示しない連通孔を図示しない封止材で塞ぐことで気密状態とすることができる。
第1慣性センサー素子21x、第2慣性センサー素子21y、及び第3慣性センサー素子21zは、リン、ボロン等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をエッチング、例えば、反応性イオンエッチング等のドライエッチングによってパターニングすることで一括形成されている。
基体22の構成材料としては、特に限定されないが、絶縁性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、高抵抗なシリコン材料、ガラス材料を用いるのが好ましく、例えば、アルカリ金属イオンを一定量含むガラス材料、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を用いるのが好ましい。これにより、各慣性センサー素子21x、21y、21zがシリコンを主材料として構成されている場合、基体22と各慣性センサー素子21x、21y、21zとを陽極接合することができる。陽極接合することにより、各慣性センサー素子21x、21y、21zを強固に基体22へ固定することができる。よって、剥離が発生し難い高信頼性の慣性センサー1を提供できる。それ以外に、石英基板、水晶基板、或いはSOI(Silicon on Insulator)基板であっても良い。
また、蓋体23の構成材料としては、特に限定されず、例えば、前述した基体22と同様の材料を用いることができる。
次に、本実施形態の慣性センサー素子部20の有する第1慣性センサー素子21x、第2慣性センサー素子21y、及び第3慣性センサー素子21zについて、詳細に説明する。
先ず、第1慣性センサー素子21x及び第2慣性センサー素子21yについて説明する。
先ず、第1慣性センサー素子21x及び第2慣性センサー素子21yについて説明する。
図6に示す第1慣性センサー素子21xは、X方向の加速度Axを検出する加速度センサー素子である。第1慣性センサー素子21xは、可動部71と、バネ部72と、固定部73と、固定検出電極74,75と、を備えている。
可動部71は、X方向に延在する基部711と、基部711からY方向両側に突出した複数の可動検出電極712と、を有している。このような可動部71は、基部711の両端部においてバネ部72を介して固定部73に接続されている。また、固定部73は、凹部28の底面から突出したマウント部M71に固定されている。これにより、可動部71は、固定部73に対してX方向に変位可能となる。また、固定検出電極74,75は、凹部28の底面から突出したマウント部M72に固定されており、可動検出電極712を間に挟んで設けられている。つまり、検出電極としての可動検出電極712と固定検出電極74,75とが櫛歯形状に配置されている。
なお、図示しないが、基体22には、可動部71と電気的に接続された配線、固定検出電極74と電気的に接続された配線、及び固定検出電極75と電気的に接続された配線が設けられており、これら配線は、基体22の第1面31に設けられた接続端子29と電気的に接続されている。また、可動部71、固定検出電極74、及び固定検出電極75には、前記配線を介して所定の電圧が印加されており、可動検出電極712と固定検出電極74,75との間に、それぞれ、静電容量が形成されている。
このような第1慣性センサー素子21xは、次のようにして加速度Axを検出することができる。第1慣性センサー素子21xに加速度Axが加わると、加速度Axの大きさに基づいて、可動部71が、バネ部72を弾性変形させながら、X方向に変位する。可動部71が変位することで、可動検出電極712と固定検出電極74とのギャップ及び可動検出電極712と固定検出電極75とのギャップが変化し、それに伴ってこれらの間の静電容量が変化する。そのため、この静電容量の変化量に基づいて加速度Axを検出することができる。
図7に示す第2慣性センサー素子21yは、Y方向の加速度Ayを検出する加速度センサー素子である。第2慣性センサー素子21yは、前述した第1慣性センサー素子21xの向きを90°回転させた以外は、第1慣性センサー素子21xと同様である。そのため、第2慣性センサー素子21yの説明は、省略する。
次に、第3慣性センサー素子21zについて説明する。
図8に示す第3慣性センサー素子21zは、Z方向の加速度Azを検出する加速度センサー素子である。第3慣性センサー素子21zは、可動部91と、梁部92と、固定部93と、を備えている。このような第3慣性センサー素子21zは、前述の第1慣性センサー素子21xと同様に、リン、ボロン等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をエッチングによってパターニングすることで一括形成されている。
図8に示す第3慣性センサー素子21zは、Z方向の加速度Azを検出する加速度センサー素子である。第3慣性センサー素子21zは、可動部91と、梁部92と、固定部93と、を備えている。このような第3慣性センサー素子21zは、前述の第1慣性センサー素子21xと同様に、リン、ボロン等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をエッチングによってパターニングすることで一括形成されている。
可動部91は、梁部92を介して固定部93に接続され、固定部93は、凹部28の底面から突出するマウント部M91に固定されている。このような可動部91は、梁部92により形成された回動軸L9まわりにシーソー揺動するようになっている。また、可動部91は、平面視で、回動軸L9の一方側に位置する可動検出電極911と、回動軸L9の他方側に位置する可動検出電極912と、を有しており、可動検出電極911,912は、加速度Azが加わったときの回転モーメントが互いに異なるように設計されている。また、凹部28の底面には、可動検出電極911と対向する固定検出電極94と、可動検出電極912と対向する固定検出電極95と、が設けられている。
なお、図示しないが、基体22には、可動部91と電気的に接続された配線、固定検出電極94と電気的に接続された配線および固定検出電極95と電気的に接続された配線が設けられており、これら配線は、基体22の第1面31に設けられた接続端子29と電気的に接続されている。また、可動部91、固定検出電極94、及び固定検出電極95には、前記配線を介して所定の電圧が印加されており、可動検出電極911と固定検出電極94との間および可動検出電極912と固定検出電極95との間に、それぞれ、静電容量が形成されている。
このような第3慣性センサー素子21zは、次のようにして加速度Azを検出することができる。第3慣性センサー素子21zに加速度Azが加わると、可動部91は、回動軸L9まわりにシーソー揺動する。このような可動部91のシーソー揺動によって、可動検出電極911と固定検出電極94とのギャップおよび可動検出電極912と固定検出電極95とのギャップが変化し、それに伴ってこれらの間の静電容量が変化する。そのため、この静電容量の変化量に基づいて加速度Azを検出することができる。
本実施形態の慣性センサー1は、複数の慣性センサー素子21x、21y、21zが配置されている基体22に凸形状の第1取付け部30が設けられ、基体22を収納する収納部17を有する基板10の基体22と対向する側壁面9に凹形状の第2取付け部8が設けられている。そのため、第1取付け部30と第2取付け部8とを嵌合することで、接合材を用いないで基体22を基板10に実装することができる。従って、実装に起因する応力が発生しないので、各慣性センサー素子21x、21y、21zへ応力が加わることがなく、慣性センサー1の検出精度の低下を低減することができる。また、基体22の第3面33と基板10の基体22に対向する面10fの少なくとも一部とを接して実装することで、より安定して基体22を基板10に実装することができる。
2.第2実施形態
次に、第2実施形態に係る慣性センサー1Aについて、図9を参照して説明する。
図9は、第2実施形態に係る慣性センサー1Aの概略構成を示す平面図である。なお、図9では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
次に、第2実施形態に係る慣性センサー1Aについて、図9を参照して説明する。
図9は、第2実施形態に係る慣性センサー1Aの概略構成を示す平面図である。なお、図9では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
本実施形態の慣性センサー1Aは、第1実施形態の慣性センサー1に比べ、第1取付け部30aと第2取付け部8aとの形状が異なること以外は、第1実施形態の慣性センサー1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー1Aは、図9に示すように、慣性センサー素子部20aを構成する基体22aの第2面32に、基板10aの側壁面9側に開口する凹形状の第1取付け部30aが設けられ、基板10aの側壁面9に、基体22a側に突出する凸形状の第2取付け部8aが設けられている。また、第1取付け部30aと第2取付け部8aとの間には、緩衝材70が設けられている。
このような構成とすることで、凹形状の第1取付け部30aと凸形状の第2取付け部8aとを嵌合することにより、接合材を用いることなく基体22aを基板10aに実装することができる。そのため、第1実施形態と同様の効果を得ることができ、高精度の慣性センサー1Aを提供することができる。
3.第3実施形態
次に、第3実施形態に係る慣性センサー1Bについて、図10を参照して説明する。
図10は、第3実施形態に係る慣性センサー1Bの概略構成を示す平面図である。なお、図10では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
次に、第3実施形態に係る慣性センサー1Bについて、図10を参照して説明する。
図10は、第3実施形態に係る慣性センサー1Bの概略構成を示す平面図である。なお、図10では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
本実施形態の慣性センサー1Bは、第1実施形態の慣性センサー1に比べ、第1取付け部30b1,30b2と第2取付け部8b1,8b2とが複数であること以外は、第1実施形態の慣性センサー1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー1Bは、図10に示すように、慣性センサー素子部20bを構成する基体22bの第2面32に、第2面32が第1面31と接する方向と交差する方向、所謂Y方向に沿って、基板10bの側壁面9側に突出する凸形状の2つの第1取付け部30b1,30b2が設けられている。また、基板10bの第2面32と対向する側壁面9に、Y方向に沿って、基体22b側に開口する凹形状の2つの第2取付け部8b1,8b2が設けられている。また、第1取付け部30b1と第2取付け部8b1との間、及び第1取付け部30b2と第2取付け部8b2との間には、それぞれ緩衝材70が設けられている。
このような構成とすることで、凸形状の第1取付け部30b1と凹形状の第2取付け部8b1とを嵌合し、凸形状の第1取付け部30b2と凹形状の第2取付け部8b2とを嵌合することにより、接合材を用いることなく基体22bを基板10bに実装することができる。そのため、第1実施形態と同様の効果を得ることができ、高精度の慣性センサー1Bを提供することができる。
4.第4実施形態
次に、第4実施形態に係る慣性センサー1Cについて、図11を参照して説明する。
図11は、第4実施形態に係る慣性センサー1Cの概略構成を示す平面図である。なお、図11では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
次に、第4実施形態に係る慣性センサー1Cについて、図11を参照して説明する。
図11は、第4実施形態に係る慣性センサー1Cの概略構成を示す平面図である。なお、図11では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
本実施形態の慣性センサー1Cは、第1実施形態の慣性センサー1に比べ、第1取付け部30c1,30c2と第2取付け部8c1,8c2とが複数であること以外は、第1実施形態の慣性センサー1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー1Cは、図11に示すように、慣性センサー素子部20cを構成する基体22cの第2面32に、基板10cの側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30c1と、第2面32と表裏をなす第4面34に、基板10cの側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30c2と、が設けられている。また、基板10cの第2面32と対向する側壁面9に、基体22c側に開口する凹形状の第2取付け部8c1と、第4面34と対向する側壁面9に、基体22c側に開口する凹形状の第2取付け部8c2と、が設けられている。また、第1取付け部30c1と第2取付け部8c1との間、及び第1取付け部30c2と第2取付け部8c2との間には、それぞれ緩衝材70が設けられている。
このような構成とすることで、凸形状の第1取付け部30c1と凹形状の第2取付け部8c1とを嵌合し、凸形状の第1取付け部30c2と凹形状の第2取付け部8c2とを嵌合することにより、接合材を用いることなく基体22cを基板10cに実装することができる。そのため、第1実施形態と同様の効果を得ることができ、高精度の慣性センサー1Cを提供することができる。
5.第5実施形態
次に、第5実施形態に係る慣性センサー1Dについて、図12を参照して説明する。
図12は、第5実施形態に係る慣性センサー1Dの概略構成を示す平面図である。なお、図12では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
次に、第5実施形態に係る慣性センサー1Dについて、図12を参照して説明する。
図12は、第5実施形態に係る慣性センサー1Dの概略構成を示す平面図である。なお、図12では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
本実施形態の慣性センサー1Dは、第1実施形態の慣性センサー1に比べ、第1取付け部30d1,30d2と第2取付け部8d1,8d2とが複数であること以外は、第1実施形態の慣性センサー1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー1Dは、図12に示すように、慣性センサー素子部20dを構成する基体22dの第2面32に、基板10dの側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30d1と、第1面31と第2面32とに交差する第5面35に、基板10dの側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30d2と、が設けられている。また、基板10dの第2面32と対向する側壁面9に、基体22d側に開口する凹形状の第2取付け部8d1と、第5面35と対向する側壁面9に、基体22d側に開口する凹形状の第2取付け部8d2と、が設けられている。また、第1取付け部30d1と第2取付け部8d1との間、及び第1取付け部30d2と第2取付け部8d2との間には、それぞれ緩衝材70が設けられている。
このような構成とすることで、凸形状の第1取付け部30d1と凹形状の第2取付け部8d1とを嵌合し、凸形状の第1取付け部30d2と凹形状の第2取付け部8d2とを嵌合することにより、接合材を用いることなく基体22dを基板10dに実装することができる。そのため、第1実施形態と同様の効果を得ることができ、高精度の慣性センサー1Dを提供することができる。
6.第6実施形態
次に、第6実施形態に係る慣性センサー1Eについて、図13を参照して説明する。
図13は、第6実施形態に係る慣性センサー1Eの概略構成を示す平面図である。なお、図13では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
次に、第6実施形態に係る慣性センサー1Eについて、図13を参照して説明する。
図13は、第6実施形態に係る慣性センサー1Eの概略構成を示す平面図である。なお、図13では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
本実施形態の慣性センサー1Eは、第1実施形態の慣性センサー1に比べ、第1取付け部30e1,30e2,30e3,30e4と第2取付け部8e1,8e2,8e3,8e4とが複数であること以外は、第1実施形態の慣性センサー1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー1Eは、図13に示すように、慣性センサー素子部20eを構成する基体22eの第2面32に、基板10eの側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30e1と、第4面34に、基板10eの側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30e2と、第5面35に、基板10eの側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30e3と、第5面と表裏をなす第6面36に、基板10eの側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30e4と、が設けられている。また、基板10eの第2面32と対向する側壁面9に、基体22e側に開口する凹形状の第2取付け部8e1と、第4面34と対向する側壁面9に、基体22e側に開口する凹形状の第2取付け部8e2と、第5面35と対向する側壁面9に、基体22e側に開口する凹形状の第2取付け部8e3と、第6面36と対向する側壁面9に、基体22e側に開口する凹形状の第2取付け部8e4と、が設けられている。また、第1取付け部30e1と第2取付け部8e1との間、第1取付け部30e2と第2取付け部8e2との間、第1取付け部30e3と第2取付け部8e3との間、及び第1取付け部30e4と第2取付け部8e4との間には、それぞれ緩衝材70が設けられている。
このような構成とすることで、凸形状の第1取付け部30e1と凹形状の第2取付け部8e1とを嵌合し、凸形状の第1取付け部30e2と凹形状の第2取付け部8e2とを嵌合し、凸形状の第1取付け部30e3と凹形状の第2取付け部8e3とを嵌合し、凸形状の第1取付け部30e4と凹形状の第2取付け部8e4とを嵌合することにより、接合材を用いることなく基体22eを基板10eに実装することができる。そのため、第1実施形態と同様の効果を得ることができ、高精度の慣性センサー1Eを提供することができる。
7.第7実施形態
次に、第7実施形態に係る慣性センサー1Fについて、図14及び図15を参照して説明する。
図14は、第7実施形態に係る慣性センサー1Fの概略構成を示す平面図である。図15は、図14のC−C線での断面図である。なお、図15において、基体22と蓋体23の内部構造の図示を省略している。なお、図14及び図15では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
次に、第7実施形態に係る慣性センサー1Fについて、図14及び図15を参照して説明する。
図14は、第7実施形態に係る慣性センサー1Fの概略構成を示す平面図である。図15は、図14のC−C線での断面図である。なお、図15において、基体22と蓋体23の内部構造の図示を省略している。なお、図14及び図15では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
本実施形態の慣性センサー1Fは、第1実施形態の慣性センサー1に比べ、第1取付け部30と第2取付け部8との上面に抑え板60が設けられていること以外は、第1実施形態の慣性センサー1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー1Fは、図14及び図15に示すように、第1取付け部30と第2取付け部8との上面に抑え板60が配置されている。なお、第1取付け部30及び第2取付け部8と抑え板60とは、接着材など接着されていることが好ましい。また、第1取付け部30と第2取付け部8との間には、緩衝材70が設けられている。
このような構成とすることで、第1取付け部30と第2取付け部8との上面が抑え板60で固定され、基体22が慣性センサー素子21x、21y、21zの配置されている方向であるZ方向にずれるのを低減することができる。また、第1実施形態と同様の効果を得ることができ、高精度の慣性センサー1Fを提供することができる。
8.第8実施形態
次に、第8実施形態に係る慣性センサー1Gについて、図16を参照して説明する。
図16は、第8実施形態に係る慣性センサー1Gの概略構成を示す平面図である。なお、図16では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
次に、第8実施形態に係る慣性センサー1Gについて、図16を参照して説明する。
図16は、第8実施形態に係る慣性センサー1Gの概略構成を示す平面図である。なお、図16では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
本実施形態の慣性センサー1Gは、第1実施形態の慣性センサー1に比べ、第1取付け部30gに接続端子29が設けられていること以外は、第1実施形態の慣性センサー1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー1Gは、図16に示すように、慣性センサー素子部20gを構成する基体22gの第2面32に、基板10gの側壁面9側に突出する凸形状の第1取付け部30gが設けられ、基板10gの第2面32と対向する側壁面9に、基体22g側に開口する凹形状の第2取付け部8gが設けられている。また、第1取付け部30gの第1面31には、複数の接続端子29が設けられている。なお、第1取付け部30gと第2取付け部8gとの間には、緩衝材70が設けられている。
このような構成とすることで、第1取付け部30gと第2取付け部8gとが対向する方向の基板10gの長さを短くすることができ、慣性センサー1Gの小型化を図ることができる。また、凸形状の第1取付け部30gと凹形状の第2取付け部8gとを嵌合することで、接合材を用いることなく基体22gを基板10gに実装することができる。そのため、第1実施形態と同様の効果を得ることができ、高精度の慣性センサー1Gを提供することができる。
9.第9実施形態
次に、第9実施形態に係る慣性センサー1Hについて、図17を参照して説明する。
図17は、第9実施形態に係る慣性センサー1Hの概略構成を示す平面図である。なお、図17では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
次に、第9実施形態に係る慣性センサー1Hについて、図17を参照して説明する。
図17は、第9実施形態に係る慣性センサー1Hの概略構成を示す平面図である。なお、図17では、分かり易くするために、回路素子40及び蓋部15の図示を省略している。
本実施形態の慣性センサー1Hは、第1実施形態の慣性センサー1に比べ、第2取付け部8hに内部端子19が設けられていること以外は、第1実施形態の慣性センサー1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
慣性センサー1Hは、図17に示すように、慣性センサー素子部20hを構成する基体22hの第4面34に、基板10hの側壁面9側に開口する凹形状の第1取付け部30hが設けられ、基板10hの第4面34と対向する側壁面9に、基体22h側に突出する凸形状の第2取付け部8hが設けられている。また、第2取付け部8hの上面には、複数の内部端子19が設けられている。なお、第1取付け部30hと第2取付け部8hとの間には、緩衝材70が設けられている。
このような構成とすることで、第1取付け部30hと第2取付け部8hとが対向する方向の基板10hの長さを短くすることができ、慣性センサー1Hの小型化を図ることができる。また、凹形状の第1取付け部30hと凸形状の第2取付け部8hとを嵌合することで、接合材を用いることなく基体22hを基板10hに実装することができる。そのため、第1実施形態と同様の効果を得ることができ、高精度の慣性センサー1Hを提供することができる。
10.第10実施形態
次に、第10実施形態に係る慣性センサー1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1Hを備えている電子機器の一例として、スマートフォン1200を挙げて説明する。なお、以下の説明では、慣性センサー1を適用した構成を例示して説明する。
図18は、第10実施形態に係る慣性センサー1を備える電子機器としてのスマートフォン1200の構成を示す斜視図である。
次に、第10実施形態に係る慣性センサー1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1Hを備えている電子機器の一例として、スマートフォン1200を挙げて説明する。なお、以下の説明では、慣性センサー1を適用した構成を例示して説明する。
図18は、第10実施形態に係る慣性センサー1を備える電子機器としてのスマートフォン1200の構成を示す斜視図である。
図18に示すように、スマートフォン1200は、上述した慣性センサー1が組込まれている。慣性センサー1によって検出された加速度などの検出データは、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。
このような電子機器は、上述した慣性センサー1を備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。
なお、上述した慣性センサー1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1Hを備えている電子機器としては、スマートフォン1200以外に、例えば、インクジェットプリンターなどのインクジェット式吐出装置、携帯電話、ラップトップ型やモバイル型のパーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、通信機能付も含む電子手帳、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、魚群探知機、各種測定機器、計器類、フライトシミュレーターなどや電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡などの医療機器が挙げられる。いずれの場合にも、これらの電子機器は、上述した慣性センサー1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1Hを備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。
なお、上述した慣性センサー1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1Hを備えている電子機器としては、スマートフォン1200以外に、例えば、インクジェットプリンターなどのインクジェット式吐出装置、携帯電話、ラップトップ型やモバイル型のパーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、通信機能付も含む電子手帳、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、魚群探知機、各種測定機器、計器類、フライトシミュレーターなどや電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡などの医療機器が挙げられる。いずれの場合にも、これらの電子機器は、上述した慣性センサー1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1Hを備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。
11.第11実施形態
次に、第11実施形態に係る慣性センサー1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1Hを備えている移動体の一例として、自動車1500を挙げて説明する。なお、以下の説明では、慣性センサー1を適用した構成を例示して説明する。
図19は、第11実施形態に係る慣性センサー1を備える移動体としての自動車1500の構成を示す斜視図である。
次に、第11実施形態に係る慣性センサー1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1Hを備えている移動体の一例として、自動車1500を挙げて説明する。なお、以下の説明では、慣性センサー1を適用した構成を例示して説明する。
図19は、第11実施形態に係る慣性センサー1を備える移動体としての自動車1500の構成を示す斜視図である。
図19に示すように、自動車1500には慣性センサー1が内蔵されており、例えば、慣性センサー1によって車体1501の姿勢を検出することができる。慣性センサー1の検出信号は、車体1501の姿勢を制御する姿勢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、慣性センサー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慣性センサー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、もしくは建設機械などの姿勢制御において利用することができ、いずれの場合にも、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れた移動体を提供することができる。
以下、実施形態から導き出される内容を記載する。
慣性センサーは、慣性センサー素子が配置されている第1面と、前記第1面と交差する第2面に第1取付け部と、を有する基体と、前記基体を収納する収納部と、前記収納部の前記第2面に対向する側壁面に第2取付け部と、を有する基板と、を備え、前記第1取付け部と前記第2取付け部とが嵌合し、前記基体の前記第1面と表裏をなす第3面と、前記基板の前記基体に対向する面の少なくとも一部と、が接していることを特徴とする。
この構成によれば、慣性センサー素子が配置されている基体に第1取付け部が設けられ、基体を収納する収納部を有する基板の基体と対向する側壁面に第2取付け部が設けられているため、第1取付け部と第2取付け部とを嵌合している。そのため、接合材を用いないで基体を基板に実装することができ、実装に起因する応力が発生しないので、慣性センサー素子へ応力が加わることがなく、慣性センサーの検出精度の低下を低減することができる。また、基体の第3面と基板の基体に対向する面の少なくとも一部とを接するように実装しているので、より安定して基体を実装することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部は、前記側壁面側に突出する凸形状であり、前記第2取付け部は、前記基体側に開口する凹形状であることが好ましい。
この構成によれば、第1取付け部と第2取付け部との形状が、凹凸関係であるため、容易に嵌合することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部は、前記側壁面側に開口する凹形状であり、前記第2取付け部は、前記基体側に突出する凸形状であることが好ましい。
この構成によれば、第1取付け部と第2取付け部との形状が、凹凸関係であるため、容易に嵌合することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第2面が前記第1面と接する方向と交差する方向に沿って複数配置されていることが好ましい。
この構成によれば、第1取付け部と前記第2取付け部とが第2面が第1面と接する方向と交差する方向に沿って複数配置されているので、基体をより安定して基板に実装することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第2面と表裏をなす第4面側に配置されていることが好ましい。
この構成によれば、第1取付け部と第2取付け部とが、第2面側と第4面側の2か所に設けられているので、基体をより安定して基板に実装することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第1面と前記第2面とに交差する第5面側に配置されていることが好ましい。
この構成によれば、第1取付け部と第2取付け部とが、第2面側と第5面側の2か所に設けられているので、基体をより安定して基板に実装することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第5面側と、前記第5面と表裏をなす第6面側と、に配置されていることが好ましい。
この構成によれば、第1取付け部と第2取付け部とが、第2面側、第5面側、及び第6面側の3か所に設けられているので、基体をより安定して基板に実装することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部との間に緩衝材が配置されていることが好ましい。
この構成によれば、第1取付け部と第2取付け部との間に緩衝材が配置されているので、第1取付け部と第2取付け部とが対向する方向へ基体がずれるのを低減することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記第1取付け部と前記第2取付け部との上面に抑え板が配置されていることが好ましい。
この構成によれば、第1取付け部と第2取付け部との上面に抑え板が配置されているので、基体が慣性センサー素子の配置されている方向にずれるのを低減することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記凸形状の前記第1取付け部は、接続端子を備え、前記慣性センサー素子と前記接続端子を介して電気的に接続されている回路素子を備えていることが好ましい。
この構成によれば、接続端子が凸形状の第1取付け部に設けられているため、第1取付け部と第2取付け部とが対向する方向の基板の長さを短くすることができ、慣性センサーの小型化を図ることができる。また、接続端子を介して、慣性センサー素子と回路素子とを電気的に接続することができる。
上記の慣性センサーにおいて、前記凸形状の前記第2取付け部は、内部端子を備え、前記内部端子を介して電気的に接続されている回路素子を備えていることが好ましい。
この構成によれば、内部端子が凸形状の第2取付け部に設けられているため、第1取付け部と第2取付け部とが対向する方向の基板の長さを短くすることができ、慣性センサーの小型化を図ることができる。また、回路素子と電気的に接続する内部端子を介して、回路素子の出力信号を外部に出力することができる。
電子機器は、上記の慣性センサーを備えていることを特徴とする。
この構成によれば、高精度の慣性センサーを備えているため、高性能な電子機器を提供することができる。
移動体は、上記の慣性センサーを備えていることを特徴とする。
この構成によれば、高精度の慣性センサーを備えているため、高性能な移動体を提供することができる。
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H…慣性センサー、8…第2取付け部、9…側壁面、10…基板、10f…面、10r…面、15…蓋部、16…外部端子、17…収納部、19…内部端子、20…慣性センサー素子部、21x…第1慣性センサー素子、21y…第2慣性センサー素子、21z…第3慣性センサー素子、22…基体、23…蓋体、24…ガラスフリット、29…接続端子、30…第1取付け部、31…第1面、32…第2面、33…第3面、34…第4面、35…第5面、36…第6面、40…回路素子、60…抑え板、70…緩衝材、1200…電子機器としてのスマートフォン、1500…移動体としての自動車。
Claims (13)
- 慣性センサー素子が配置されている第1面と、前記第1面と交差する第2面に第1取付け部と、を有する基体と、
前記基体を収納する収納部と、前記収納部の前記第2面に対向する側壁面に第2取付け部と、を有する基板と、を備え、
前記第1取付け部と前記第2取付け部とが嵌合し、
前記基体の前記第1面と表裏をなす第3面と、前記基板の前記基体に対向する面の少なくとも一部と、が接している、
慣性センサー。 - 前記第1取付け部は、前記側壁面側に突出する凸形状であり、
前記第2取付け部は、前記基体側に開口する凹形状である、
請求項1に記載の慣性センサー。 - 前記第1取付け部は、前記側壁面側に開口する凹形状であり、
前記第2取付け部は、前記基体側に突出する凸形状である、
請求項1に記載の慣性センサー。 - 前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第2面が前記第1面と接する方向と交差する方向に沿って複数配置されている、
請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の慣性センサー。 - 前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第2面と表裏をなす第4面側に配置されている、
請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の慣性センサー。 - 前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第1面と前記第2面とに交差する第5面側に配置されている、
請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の慣性センサー。 - 前記第1取付け部と前記第2取付け部とは、前記第5面側と、前記第5面と表裏をなす第6面側と、に配置されている、
請求項6に記載の慣性センサー。 - 前記第1取付け部と前記第2取付け部との間に緩衝材が配置されている、
請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の慣性センサー。 - 前記第1取付け部と前記第2取付け部との上面に抑え板が配置されている、
請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の慣性センサー。 - 前記凸形状の前記第1取付け部は、接続端子を備え、
前記慣性センサー素子と前記接続端子を介して電気的に接続されている回路素子を備えている、
請求項2に記載の慣性センサー。 - 前記凸形状の前記第2取付け部は、内部端子を備え、
前記内部端子を介して電気的に接続されている回路素子を備えている、
請求項3に記載の慣性センサー。 - 請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の慣性センサーを備えている、
電子機器。 - 請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の慣性センサーを備えている、
移動体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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