JP2012251925A - Physical quantity sensor, method for controlling physical quantity sensor, electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量センサー、物理量センサーの制御方法、及び、それらを用いた電子機
器に関する。
The present invention relates to a physical quantity sensor, a control method for the physical quantity sensor, and an electronic apparatus using the same.
従来、加速度や角速度などの物理量をセンシングする物理量センサーにおいては、セン
サー素子と、そのセンサー素子の駆動回路や検出回路などを有する回路素子とを備えたセ
ンサーデバイスを用いた構成が知られている。
例えば、特許文献1には、センサー素子としての振動ジャイロ素子(ジャイロ振動片)
と回路素子としての半導体装置(ICチップ)とを備えたセンサーデバイスがパッケージ
に収納された物理量センサー(圧電センサー)が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a physical quantity sensor that senses a physical quantity such as acceleration or angular velocity, a configuration using a sensor device including a sensor element and a circuit element having a drive circuit, a detection circuit, and the like for the sensor element is known.
For example,
And a physical quantity sensor (piezoelectric sensor) in which a sensor device including a semiconductor device (IC chip) as a circuit element is housed in a package is disclosed.
また、電子機器の小型化および高機能化を実現する物理量センサーとして、センサーデ
バイスを複数備え、多軸の物理量をセンシングすることが可能な物理量センサーが、例え
ば特許文献2に開示されている。
特許文献2に記載の物理量センサー(センサーユニット)は、方形状の基板の複数の面
、例えば3面のそれぞれにセンサーデバイスが載置されている。これにより、3つのセン
サーデバイスそれぞれの検出軸が直交し、各センサーデバイスの検出軸ベクトルを直交座
標系に一致させることができるので、物理量の方向、例えば姿勢角の演算などにおいてセ
ンサー出力の取り扱いが容易となる。
Further, for example,
In the physical quantity sensor (sensor unit) described in
電子機器の高機能化の要求に応えるために、電子デバイスに搭載する物理量センサーの
高機能化のニーズが高まっており、よりダイナミックレンジが大きい物理量センサーが求
められている。しかしながら、特許文献1に記載の物理量センサーでは、各センサーデバ
イスが有するダイナミックレンジが物理量センサーのダイナミックレンジとなっていた。
発明者は、少なくとも3つのセンサーデバイスを備えた物理量センサーにおいて、主た
る物理量が印加される方向に検出軸ベクトルを向けて載置するセンサーデバイスD0に対
して、他の少なくとも2つのセンサーデバイスの検出軸ベクトルを前記センサーデバイス
D0の検出軸ベクトルと直交させないように配置することにより、検出回路を複雑化させ
ることなく、センサーデバイスD0のダイナミックレンジを超えた物理量を比較的容易に
検出できることを見出した。
In order to meet the demand for higher functionality of electronic devices, there is a growing need for higher functionality of physical quantity sensors mounted on electronic devices, and physical quantity sensors with a larger dynamic range are required. However, in the physical quantity sensor described in
The inventor detects at least two other sensor devices with respect to the sensor device D 0 placed with the detection axis vector directed in the direction in which the main physical quantity is applied in the physical quantity sensor including at least three sensor devices. by arranging the axis vector so as not to perpendicular to the detection axis vector of the sensor device D 0, without complicating the detection circuit, that can be relatively easily detected physical quantity exceeding the dynamic range of the sensor device D 0 I found it.
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]本適用例の物理量センサーは、基板と、前記基板の一主面に対して傾いた
第1の斜面を有する第1載置部材、および、前記第1の斜面とは異なる方向に向いた第2
の斜面を有する第2載置部材と、所定方向に検出軸を有する少なくとも三つのセンサーデ
バイスと、を備え、前記センサーデバイスは、前記一主面に直交する方向に検出軸ベクト
ルn0を向けて前記一主面に載置されたセンサーデバイスD0と、前記検出軸ベクトルn0
と交差する方向に検出軸ベクトルn1が向くように、前記第1載置部材の前記第1の斜面
に載置されたセンサーデバイスD1と、前記検出軸ベクトルn0および前記検出軸ベクトル
n1に交差する方向に検出軸ベクトルn2が向くように前記第2載置部材の前記第2の斜面
に載置されたセンサーデバイスD2と、を含み、各検出軸ベクトルn0,n1,n2は、n1
≠⊥n0、n2≠⊥n0、および、n1⊥n2の関係が成り立つことを特徴とする。
[Application Example 1] The physical quantity sensor of this application example is different from the substrate, the first mounting member having the first inclined surface inclined with respect to one main surface of the substrate, and the first inclined surface. Second suitable for
A second mounting member having an inclined surface and at least three sensor devices having a detection axis in a predetermined direction, the sensor device having a detection axis vector n 0 directed in a direction orthogonal to the one main surface. The sensor device D 0 placed on the one principal surface and the detection axis vector n 0
Sensor device D 1 mounted on the first slope of the first mounting member, the detection axis vector n 0, and the detection axis vector n so that the detection axis vector n 1 faces the direction intersecting Sensor device D 2 mounted on the second inclined surface of the second mounting member so that the detection axis vector n 2 faces in a direction intersecting with 1 , and each detection axis vector n 0 , n 1 , N 2 is n 1
≠ の n 0 , n 2 ≠ ⊥n 0 , and n 1 ⊥n 2 are satisfied.
上記構成の物理量センサーによれば、センサーデバイスD1およびセンサーデバイスD2
の検出軸ベクトルn1および検出軸ベクトルn2が、主たる物理量が印加されるセンサーデ
バイスD0の検出軸ベクトルn0と直交しないように配置されているので、検出軸ベクトル
n0に方向に印加された物理量に対してもセンサーデバイスおよびセンサーデバイスD2が
物理量を検出し得る。さらに、検出軸ベクトルn0方向に印加された物理量がセンサーデ
バイスD0のダイナミックレンジを越えた場合でも、センサーデバイスD1およびセンサー
デバイスD2の検出軸ベクトルn1および検出軸ベクトルn2が飽和することなくセンサー
デバイスD0のダイナミックレンジを越えた分の物理量を検出することができる。しかも
、検出軸ベクトルn1と検出軸ベクトルn2とを直交させていることにより、検出軸ベクト
ルn1や検出軸ベクトルn2に対して印加される物理量に対してn1成分やn2成分が発生
して検出データの補正が必要となり演算が複雑になる不具合を回避することができる。
したがって、検出回路などを複雑化させることなく、搭載されたセンサーデバイスのダ
イナミックレンジを超えた物理量をも高感度にて検出することができる物理量センサーを
提供することができる。
According to the physical quantity sensor configured as described above, the sensor device D 1 and the sensor device D 2
Since the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 are arranged so as not to be orthogonal to the detection axis vector n 0 of the sensor device D 0 to which the main physical quantity is applied, the detection axis vector n 0 is applied in the direction to the detection axis vector n 0. sensor device and the sensor device D 2 can detect a physical amount relative to the physical quantity. Furthermore, even if the physical quantity is applied to the detection axis vector n 0 direction exceeds the dynamic range of the sensor device D 0, the sensor device D 1 and sensor device D detects axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 of 2 saturated Without this, the physical quantity exceeding the dynamic range of the sensor device D 0 can be detected. In addition, since the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 are orthogonal to each other, an n1 component and an n2 component are generated with respect to a physical quantity applied to the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 . Thus, it is possible to avoid the trouble that the detection data needs to be corrected and the calculation is complicated.
Therefore, it is possible to provide a physical quantity sensor that can detect a physical quantity exceeding the dynamic range of the mounted sensor device with high sensitivity without complicating the detection circuit and the like.
[適用例2]上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、前記検出軸ベクトルn0、
前記検出軸ベクトルn1、および前記検出軸ベクトルn2がそれぞれ成す角度をα、前記第
1の斜面と前記第2の斜面とが前記基板上で成す角度をβとしたときに、下記の式、45
<α≦90、90<β<180、且つ、Sin2α−cos2α・sin(β−α)=0)
の条件を満たすことを特徴とする。
Application Example 2 In the physical quantity sensor according to the application example, the detection axis vector n 0 ,
When the angle formed by the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 is α, and the angle formed by the first inclined surface and the second inclined surface on the substrate is β, the following equation: 45
<Α ≦ 90, 90 <β <180, and Sin 2 α-cos 2 α · sin (β-α) = 0)
It satisfies the following conditions.
この条件を満たすことにより、検出軸ベクトルn1と検出軸ベクトルn2とは直交するの
で、検出軸ベクトルn1および検出軸ベクトルn2のそれぞれに対して印加される物理量に
よって、不要な検出成分を発生させてデータ演算が複雑化する不具合を回避することがで
きる。
By satisfying this condition, the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 are orthogonal to each other. Therefore, an unnecessary detection component depends on the physical quantity applied to each of the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2. This can avoid the problem that the data calculation becomes complicated.
[適用例3]上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、α=54.74°、β=1
20°であることを特徴とする。
Application Example 3 In the physical quantity sensor according to the application example, α = 54.74 °, β = 1.
It is characterized by being 20 °.
この条件を満たすことにより、検出軸ベクトルn1と検出軸ベクトルn2とが直交するの
で、不要な検出成分を発生させてデータ演算を複雑化させることなくダイナミックレンジ
が大きい物理量センサーを提供することができる。
By satisfying this condition, since the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 are orthogonal to each other, a physical quantity sensor having a large dynamic range can be provided without generating unnecessary detection components and complicating data calculation. Can do.
[適用例4]上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、前記第1載置部材と前記第
2載置部材は三角錐形状の一部材に一体形成されたことを特徴とする。
Application Example 4 In the physical quantity sensor according to the application example described above, the first placement member and the second placement member are integrally formed as one triangular pyramid member.
この構成によれば、主たる物理量が印加される検出軸ベクトルn0を有するセンサーデ
バイスD0と、物理量センサーのダイナミックレンジを広げる効果を奏する検出軸ベクト
ルn1および検出軸ベクトルn2を有するセンサーデバイスD1およびサンサーD2とを、一
部材で、位置精度よく上記適用例の検出軸ベクトルの位置関係を満たすように配置できる
ので、小型でダイナミックレンジの上限値の高い物理量センサーを提供することができる
。
According to this configuration, the sensor device D 0 having the detection axis vector n 0 to which the main physical quantity is applied, and the sensor device having the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 that have the effect of expanding the dynamic range of the physical quantity sensor. Since D 1 and the sensor D 2 can be arranged with a single member so as to satisfy the positional relationship of the detection axis vector of the above application example with high positional accuracy, a small physical quantity sensor with a high dynamic range upper limit value can be provided. it can.
[適用例5]本適用例の物理量センサーは、単結晶基板と、前記単結晶基板の一主面の
一部をエッチングして形成され、前記一主面に対して所定の角度に傾いた第1の斜面およ
び第2の斜面を少なくとも含む掘り込み部と、所定の方向に検出軸を有する少なくとも三
つのセンサーデバイスと、を備え、前記センサーデバイスは、前記一主面と直交する方向
に検出軸ベクトルn0を向けて前記一主面に載置されたセンサーデバイスD0と、前記検出
軸ベクトルn0と交差する方向に検出軸ベクトルn1が向くように、前記第1の斜面に載置
されたセンサーデバイスD1と、前記検出軸ベクトルn0と交差する方向に検出軸ベクトル
n2が向くように第2の斜面に載置されたセンサーデバイスD2と、を含み、各検出軸ベク
トルn0,n1,n2の方向は、n1≠⊥n0、n2≠⊥n0、および、n1⊥n2の関係が成り
立つことを特徴とする。
[Application Example 5] A physical quantity sensor of this application example is formed by etching a single crystal substrate and a part of one main surface of the single crystal substrate, and is inclined at a predetermined angle with respect to the one main surface. A digging portion including at least one slope and a second slope, and at least three sensor devices having a detection axis in a predetermined direction, wherein the sensor device has a detection axis in a direction orthogonal to the one main surface. The sensor device D 0 placed on the one main surface with the vector n 0 facing toward the first inclined surface so that the detection axis vector n 1 faces the direction intersecting the detection axis vector n 0. a sensor device D 1 which is comprises a sensor device D 2 placed on the second inclined surface so that the detection axis vector n 2 directed in the direction intersecting the detection axis vector n 0, the detection axis vector n 0, the direction of n 1, n 2 , N 1 ≠ ⊥n 0, n 2 ≠ ⊥
単結晶基板はエッチング異方性を有し、結晶面によるエッチング速度の違いを利用する
ことで平滑で正確な角度の斜面を形成できることが知られており、この特性を利用して、
単結晶基板の一主面の一部をエッチングして、所望の傾斜角の第1の斜面および第2の斜
面を少なくとも含む掘り込み部を形成することができる。
上記構成によれば、掘り込み部の第1の斜面および第2の斜面にセンサーデバイスD1
およびセンサーデバイスD2を載置することにより、主たる物理量が印加されるセンサー
デバイスD0の検出軸ベクトルn0と、センサーデバイスD1およびセンサーデバイスD2の
検出軸ベクトルn1および検出軸ベクトルn2と直交しないように配置することができる。
これにより、検出軸ベクトルn0に対して印加された物理量がセンサーデバイスD0のダイ
ナミックレンジを越えた場合でも、検出軸ベクトルn1および検出軸ベクトルn2が飽和す
ることなく物理量を検出することができる。しかも、検出軸ベクトルn1と検出軸ベクト
ルn2を直交させていることにより、検出軸ベクトルn1や検出軸ベクトルn2に対して印
加される物理量に対してn1成分やn2成分が発生して検出データの補正が必要となり演
算が複雑になる不具合を回避することができる。
また、基板の掘り込み部にセンサーデバイスを載置するので、物理量センサーの薄型化
に有利となる。
したがって、小型(薄型)で、搭載されたセンサーのダイナミックレンジを超えた物理
量をも高感度にて検出することができる物理量センサーを提供することができる。
A single crystal substrate has etching anisotropy, and it is known that a slope with a smooth and accurate angle can be formed by utilizing the difference in etching rate depending on the crystal plane.
A part of one main surface of the single crystal substrate can be etched to form a digging portion including at least a first slope and a second slope having a desired inclination angle.
According to the above configuration, the sensor device D 1 is provided on the first slope and the second slope of the digging portion.
And sensor device by placing the D 2, and the detection axis vector n 0 of the sensor device D 0 that primary physical quantity is applied, the sensor device D 1 and the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n of the sensor device D 2 2 can be arranged so as not to be orthogonal to 2 .
Thereby, even when the physical quantity applied to the detection axis vector n 0 exceeds the dynamic range of the sensor device D 0 , the physical quantity is detected without the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 being saturated. Can do. In addition, since the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 are orthogonal to each other, an n1 component and an n2 component are generated with respect to a physical quantity applied to the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 . Thus, it is possible to avoid the problem that the detection data needs to be corrected and the calculation is complicated.
Further, since the sensor device is mounted on the digging portion of the substrate, it is advantageous for making the physical quantity sensor thinner.
Therefore, it is possible to provide a physical quantity sensor that is small (thin) and can detect a physical quantity exceeding the dynamic range of the mounted sensor with high sensitivity.
[適用例6]上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、前記単結晶基板はシリコン
であり、前記一主面は前記シリコンのSi{111}面であり、前記第1の斜面および前
記第2の斜面は前記シリコンのSi{100}面であることを特徴とする。
Application Example 6 In the physical quantity sensor according to the application example, the single crystal substrate is silicon, the one main surface is a Si {111} surface of the silicon, and the first and second inclined surfaces are provided. Is the Si {100} face of the silicon.
上記構成の単結晶基板としてのシリコン基板は、Si{111}ウェハー(主面がSi
{111}面であるシリコンウェハー)のSi{111}面からエッチングすることにより
形成することができる。このようにして形成された掘り込み部のエッチング面は、Si{
111}面に対して正確な角度の傾斜面であるSi{100}面を形成する。
これにより、Si{111}面を上記一主面としてセンサーデバイスD0を載置すると
ともに、掘り込み部のSi{100}面を第1の斜面および第2の斜面として各々の斜面
にセンサーデバイスD1およびセンサーデバイスD2を載置することによって、主たる物理
量が印加される検出軸ベクトルn0を有するセンサーデバイスD0と、物理量センサーのダ
イナミックレンジを広げる効果を奏する検出軸ベクトルn1および検出軸ベクトルn2を有
するセンサーデバイスD1およびサンサーD2とを、位置精度よく上記適用例の検出軸ベク
トルの位置関係を満たすように配置することができるので、小型でダイナミックレンジの
高い物理量センサーを提供することができる。
A silicon substrate as a single crystal substrate having the above structure is a Si {111} wafer (the main surface is Si
It can be formed by etching from the Si {111} surface of a {111} surface silicon wafer). The etched surface of the digging portion thus formed is Si {
A Si {100} plane that is an inclined plane having an accurate angle with respect to the 111} plane is formed.
As a result, the sensor device D 0 is placed with the Si {111} plane as the one main surface, and the sensor device is placed on each slope with the Si {100} plane of the digging portion as the first slope and the second slope. By mounting D 1 and sensor device D 2 , sensor device D 0 having detection axis vector n 0 to which the main physical quantity is applied, detection axis vector n 1 and detection that have the effect of expanding the dynamic range of the physical quantity sensor a sensor device D 1 and Sansa D 2 having an axis vector n 2, can be arranged so as to satisfy the positional relationship between the detection axis vector position accurately the application example, a high dynamic range physical quantity sensor with a small Can be provided.
[適用例7]本適用例にかかる物理量センサーの制御方法は、基板と、前記基板の一主
面に対して傾いた第1の斜面を有する第1載置部材、および、前記第1の斜面とは異なる
角度に傾いた第2の斜面を有する第2載置部材と、所定の方向に検出軸を有する少なくと
も三つのセンサーデバイスと、を備え、前記センサーデバイスは、前記一主面に直交する
方向に検出軸ベクトルn0を向けて前記一主面に載置されたセンサーデバイスD0と、前記
検出軸ベクトルn0と交差する方向に検出軸ベクトルn1が向くように前記第1載置部材の
前記第1の斜面に載置されたセンサーデバイスD1と、前記検出軸ベクトルn0および前記
検出軸ベクトルn1に交差する方向に検出軸ベクトルn2が向くように第2載置部材の前記
第2の斜面に載置されたおよびセンサーデバイスD2を含み、各検出軸ベクトルn0,n1
,n2は、n1≠⊥n0、n2≠⊥n0、および、n1⊥n2の関係が成り立つ物理量センサー
の制御方法であって、前記センサーデバイスD0,D1,D2より前記検出軸ベクトルn0,
n1,n2の物理量を各々測定する物理量測定ステップと、前記物理量測定ステップにおけ
る前記センサーによる測定値に基づいて前記物理量センサーに印加された物理量を検知す
るステップと、を含み、前記物理量測定ステップの後で、前記検出軸ベクトルn0の物理
量測定値が前記センサーデバイスD0のダイナミックレンジの最大値を越えているか否か
を判断するステップを有し、前記物理量測定値が前記センサーデバイスD0のダイナミッ
クレンジを越えていない場合には、検出軸ベクトルn0の物理量測定値をそのまま前記物
理量センサーに印加された物理量として検知し、前記物理量測定値が前記センサーデバイ
スD0のダイナミックレンジを越えていた場合には、n0=n1・sinαとして前記物理
量センサーに印加された物理量を検知することを特徴とする。
Application Example 7 A physical quantity sensor control method according to this application example includes a substrate, a first mounting member having a first inclined surface inclined with respect to one main surface of the substrate, and the first inclined surface. A second mounting member having a second inclined surface inclined at an angle different from that of the sensor, and at least three sensor devices having detection axes in a predetermined direction, wherein the sensor device is orthogonal to the one main surface. a sensor device D 0 that is mounted on the one main surface toward the detection axis vector n 0 in the direction, the first placed so that the detection axis detection axis vector n 1 in a direction intersecting with the vector n 0 face A sensor device D 1 mounted on the first slope of the member, and a second mounting member such that the detection axis vector n 2 faces the detection axis vector n 0 and the detection axis vector n 1. Placed on the second slope of And sensor device D 2 , and each detection axis vector n 0 , n 1
, N 2 is a physical quantity sensor control method in which the relationship of n 1 ≠ ⊥n 0 , n 2 ≠ ⊥n 0 , and n 1 ⊥n 2 holds, and the sensor devices D 0 , D 1 , D 2 From the detection axis vector n 0 ,
a physical quantity measuring step for measuring each of the physical quantities of n 1 and n 2 , and a step of detecting a physical quantity applied to the physical quantity sensor based on a measured value by the sensor in the physical quantity measuring step. , Determining whether the physical quantity measurement value of the detection axis vector n 0 exceeds the maximum value of the dynamic range of the sensor device D 0 , and the physical quantity measurement value is the sensor device D 0. When the physical quantity measurement value of the detection axis vector n 0 is detected as the physical quantity applied to the physical quantity sensor as it is, the physical quantity measurement value exceeds the dynamic range of the sensor device D 0. The physical quantity applied to the physical quantity sensor as n 0 = n 1 · sin α It is characterized by detecting.
上記制御方法を有する物理量センサーによれば、検出回路を複雑化させることなく、小
型でダイナミックレンジの高い物理量センサーを提供することができる。
According to the physical quantity sensor having the above control method, it is possible to provide a small physical quantity sensor with a high dynamic range without complicating the detection circuit.
[適用例8]本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれか一項に記載の物理量
センサー、または、上記適用例に記載の制御方法を有する物理量センサーを備えているこ
とを特徴とする。
Application Example 8 An electronic apparatus according to this application example includes the physical quantity sensor according to any one of the application examples or the physical quantity sensor having the control method according to the application example. To do.
上記構成の電子機器は、上記適用例の物理量センサー、または、上記適用例の制御方法
を有する物理量センサー、即ち、検出回路の複雑化を回避しながら実質的なダイナミック
レンジの増大が図られた物理量センサーを備えているので、高機能で安定した特性を有す
る。
The electronic device having the above-described configuration is the physical quantity sensor of the above application example or the physical quantity sensor having the control method of the above application example, that is, the physical quantity whose substantial dynamic range is increased while avoiding the complexity of the detection circuit. Since it has a sensor, it has high performance and stable characteristics.
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
〔センサーデバイス〕
まず、物理量センサーに搭載されるセンサーデバイスの一実施形態について説明する。
図1は、センサーデバイスの概略構成を示す模式図であり、(a)は、センサー素子と
しての振動ジャイロ素子側(上側)から俯瞰した平面図、(b)は、(a)の正断面図で
ある。なお、図1(a)では、センサーデバイス内部の構造を説明する便宜上リッド(蓋
体)の図示を省略してある。
[Sensor device]
First, an embodiment of a sensor device mounted on a physical quantity sensor will be described.
1A and 1B are schematic views showing a schematic configuration of a sensor device, wherein FIG. 1A is a plan view seen from a vibration gyro element side (upper side) as a sensor element, and FIG. 1B is a front sectional view of FIG. It is. In FIG. 1A, for the sake of convenience in explaining the internal structure of the sensor device, the illustration of the lid (lid) is omitted.
図1に示すように、センサーデバイスD0は、センサー素子としての振動ジャイロ素子
20と、振動ジャイロ素子20の駆動回路及び検出回路を少なくとも有する半導体回路素
子としてのICチップ40と、振動ジャイロ素子20及びICチップ40とを収容するパ
ッケージ60とを備えている。
As shown in FIG. 1, the sensor device D 0 includes a
パッケージ60は、平板状の第1層基板61と、開口部の大きさが異なる矩形環状の第
2層基板62、第3層基板63、及び第4層基板64とがこの順に積層されている。第2
層基板62から第4層基板64まで上方にいくにしたがって開口部の大きさが大きくなっ
ていることから、パッケージ60の内部には段差を有する凹部が形成されている。なお、
パッケージ60を構成する第1層基板61〜第4層基板64には、セラミックグリーンシ
ートを成形したものが広く利用され、例えば焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用
いられている。
In the
Since the size of the opening increases from the
As the
パッケージ60の凹部の凹底面となる第1層基板61の上面にはICチップ40が図示
しないダイアタッチ材により接着・固定されている。
ICチップ40には、能動面40a側にトランジスターやメモリー素子などの半導体素
子を含んで構成される集積回路(図示せず)が形成されている。この集積回路には、振動
ジャイロ素子20を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動ジャ
イロ素子20に生じる検出振動を検出する検出回路とが備えられている。また、ICチッ
プ40の能動面40a側には、集積回路から引き出され集積回路と外部との電気的な接続
を図る複数の電極パッド45が設けられている。
ICチップ40の各電極パッド45は、パッケージ60の凹部の第2層基板62により
形成された段部に設けられた対応するIC接続端子65とボンディングワイヤー95を介
して電気的に接続されている。なお、ICチップ40とパッケージ60との電気的な接続
は、本実施形態のワイヤーボンディングを用いた方法に限らず、例えば、電極パッド45
に半田などのバンプを設けてIC接続端子に直接接合するフェースダウン接合などの他の
接合方法を用いることができる。
The
In the
Each
Other bonding methods such as face-down bonding in which bumps such as solder are provided on the IC connection terminals and directly bonded to the IC connection terminals can be used.
パッケージ60の凹部の第3層基板63により形成された段部には振動ジャイロ素子2
0が接合されるマウント電極66が設けられている。
振動ジャイロ素子20は、基部21に設けられた外部接続端子15,16を、パッケー
ジ60の対応するマウント電極66に位置合わせした状態で導電性接着材などの接合部材
97を介してマウント電極66に接合されている。これにより、振動ジャイロ素子20は
、パッケージ60の凹部において、ICチップ40の上方に隙間を介して片持ち支持され
る。
なお、パッケージ60に設けられるIC接続端子65やマウント電極66などの電極、
端子、及びそれらを接続する配線は、例えば、タングステン(W)などのメタライズ層に
、ニッケル(Ni)、金(Au)などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜が用
いられる。
The step portion formed by the
A
The vibrating
Note that electrodes such as an
For the terminals and the wiring connecting them, for example, a metal film in which a film of nickel (Ni), gold (Au) or the like is laminated on a metallized layer of tungsten (W) or the like by plating or the like is used.
センサーデバイスD0は、ICチップ40及び振動ジャイロ素子20がパッケージ60
の内部に上記のように配置され収納された状態で、リッド70がシームリングや低融点ガ
ラスなどの接合部材69を介してパッケージ60の上面に接合される。リッド70には、
コバールなどの金属、ガラス、セラミックなどが用いられている。
これにより、パッケージ60の内部は、気密に封止される。なお、パッケージ60の内
部は、振動ジャイロ素子20の振動が阻害されないように、真空状態(真空度が高い状態
)、または、不活性ガス雰囲気に保持されていることが好ましい。
In the sensor device D 0 , the
The
Metals such as Kovar, glass, ceramics, etc. are used.
Thereby, the inside of the
次に、センサーデバイスD0における振動ジャイロ素子20の動作の概要について説明
する。
図2に示すセンサーデバイスD0において、振動腕22の励振用電極12に励振信号を
印加して振動腕22の延伸方向(Y方向)と垂直な面内方向(X方向)に励振振動させて
いるときに、振動腕22の延伸方向(Y方向)を軸とした軸周りの回転運動が加わると、
その回転運動が、励振振動方向と直交する面外方向(Z方向)のコリオリの力を発生させ
、他方の振動腕23に基部21を介して面外方向(Z方向)の振動を発生させる。この検
出部となる他方の振動腕23の面外振動を検出用電極13により電気検出済みの信号に変
換して検知することにより、振動ジャイロ素子20に加わった回転角速度を検出する。
Next, an outline of the operation of the
In the sensor device D 0 shown in FIG. 2, an excitation signal is applied to the
The rotational motion generates a Coriolis force in the out-of-plane direction (Z direction) orthogonal to the excitation vibration direction, and generates vibration in the out-of-plane direction (Z direction) via the
〔ジャイロセンサー〕
次に、上記のセンサーデバイスを搭載した物理量センサーについて、図面を参照しなが
ら説明する。
図2は、物理量センサーの概略構成を模式的に示す斜視図である。
図1において、物理量センサー1は、基板10と、基板10上に載置された三つのセン
サーデバイスD0,D1,D2とを有している。
[Gyro sensor]
Next, a physical quantity sensor equipped with the above sensor device will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of the physical quantity sensor.
In FIG. 1, the
基板10の一主面としての第1の面10aには、物理量センサー1において主たる物理
量(回転角速度)が印加される方向に検出軸ベクトルn0を向けたセンサーデバイスD0が
固定されている。
また、第1の面10aのセンサーデバイスが固定された領域とは異なる領域には、第1
の面10aに対して所定の角度αに傾いた第1の斜面2aを有する第1載置部材2、およ
び、第1の斜面2aとは異なる方向に向いた第2の斜面3aを有する第2載置部材3が配
設されている。
第1載置部材2の第1の斜面2aには、センサーデバイスD1が載置・固定されている
。また、第2載置部材3の第2の斜面3aには、センサーデバイスD2が載置・固定され
ている。
A sensor device D 0 having a detection axis vector n 0 directed in a direction in which a main physical quantity (rotational angular velocity) in the
Further, the
A first mounting
A sensor device D 1 is placed and fixed on the
これらセンサーデバイスD0,D1,D2は、以下に述べる位置関係で配置されている。
まず、センサーデバイスD0,D1,D2は、各々の検出軸ベクトルn0,n1,n2が互い
に異なる方向に向けられるように配置されている。また、センサーデバイスD1の検出軸
ベクトルn1、および、センサーデバイスD2の検出軸ベクトルn2は、センサーデバイス
D0の検出軸ベクトルn0とは直交しない(n1≠⊥n0、n2≠⊥n0)ように配置されてい
る。
These sensor devices D 0 , D 1 and D 2 are arranged in the positional relationship described below.
First, the sensor device D 0, D 1, D 2, each of the detection axis vector n 0, n 1, n 2 are arranged to be directed in different directions. The detection axis vector n 1 of the sensor device D 1, and the detection axis vector n 2 of the sensor device D 2 is not orthogonal to the detection axis vector n 0 of the sensor device D 0 (n 1 ≠ ⊥n 0 , n 2 ≠ ⊥n 0 ).
また、センサーデバイスD1の検出軸ベクトルn1と、センサーデバイスD2の検出軸ベ
クトルn2とは直交する(n1⊥n2)ように配置されている。
詳述すると、センサーデバイスD0の検出軸ベクトルn0とセンサーデバイスD1の検出
軸ベクトルn1、および、検出軸ベクトルn0とセンサーデバイスD2の検出軸ベクトルn2
とがそれぞれ成す角度をα、第1載置部材2の第1の斜面2aと第2載置部材3の第2の
斜面3aとが成す角度をβとしたときに、45<α≦90、90<β<180、且つ、S
in2α−cos2α・sin(β−α)=0の条件を満たすことが望ましい。
さらに具体的には、α=57.74°、β=120°であることが好ましい。
これらの条件を満たすことにより、センサーデバイスD1の検出軸ベクトルn1とセンサ
ーデバイスD2の検出軸ベクトルn2とは直交する。
Further, a detection axis vector n 1 of the sensor device D 1, are arranged to be orthogonal (n 1 ⊥n 2) to the detection axis vector n 2 of the sensor device D 2.
More specifically, the sensor device detecting axis vector n 0 and the detection axis vector n 1 of the sensor device D 1 of the D 0, and the detection axis vector n 0 and sensor devices D 2 detection axis vector n 2
45 <α ≦ 90, where α is the angle formed by the first mounting
It is desirable to satisfy the condition of in 2 α−cos 2 α · sin (β−α) = 0.
More specifically, α = 57.74 ° and β = 120 ° are preferable.
By satisfying these conditions, orthogonal to the detection axis vector n 2 of the detection axis vector n 1 and sensor device D 2 of the sensor device D 1.
上記構成のジャイロセンサーによれば、センサーデバイスD1およびセンサーデバイス
D2の検出軸ベクトルn1および検出軸ベクトルn2が、主たる回転角速度(物理量)が印
加されるセンサーデバイスD0の検出軸ベクトルn0と直交しないように配置されているの
で、検出軸ベクトルn0に対して印加された回転角速度がセンサーデバイスD0のダイナミ
ックレンジを越えた場合でも、センサーデバイスD1およびセンサーデバイスD2の検出軸
ベクトルn1および検出軸ベクトルn2が飽和することなくセンサーデバイスD0のダイナ
ミックレンジを越えた分の回転角速度を検出することができる。
According to the gyro sensor having the above configuration, the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 of the sensor device D 1 and the sensor device D 2 are the detection axis vectors of the sensor device D 0 to which the main rotational angular velocity (physical quantity) is applied. because it is arranged so as not orthogonal to n 0, even when the rotational angular velocity is applied to the detection axis vector n 0 exceeds the dynamic range of the sensor device D 0, the sensor device D 1 and sensor device D 2 The rotational angular velocity that exceeds the dynamic range of the sensor device D 0 can be detected without the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 being saturated.
しかも、センサーデバイスD1の検出軸ベクトルn1とセンサーデバイスD2の検出軸ベ
クトルn2とを直交させていることにより、検出軸ベクトルn1や検出軸ベクトルn2に対
して印加される物理量に対してn1成分やn2成分が発生して検出データの補正が必要と
なり演算が複雑になってしまう不具合を回避することができる。
したがって、検出回路などを複雑化させることなく、搭載されたセンサーデバイスのダ
イナミックレンジを超えた回転角速度をも高感度にて検出することができる物理量センサ
ー1を提供することができる。
また、物理量センサー1は、センサーデバイスD0,D1,D2の検出軸ベクトルn0,n
1,n2の軸回りに対する回転角速度を、1つの物理量センサー1で検出することができる
。
このことから、物理量センサー1は、撮像機器の手ぶれ補正や、GPS(Global
Positioning System)衛星信号を用いた移動体ナビゲーションシス
テムにおける車両などの姿勢検出、姿勢制御などに好適に用いられる。
Moreover, the fact that is orthogonal to the detection axis vector n 2 of the detection axis vector n 1 and sensor device D 2 of the sensor device D 1, the physical quantity is applied to the detection axis vector n 1 and the detection axis vector n 2 On the other hand, it is possible to avoid the problem that the n1 component and the n2 component are generated and the detection data needs to be corrected and the calculation becomes complicated.
Therefore, it is possible to provide the
Further, the
The rotational angular velocity about the axes 1 and n 2 can be detected by one
For this reason, the
(Positioning System) It is suitably used for attitude detection and attitude control of a vehicle or the like in a mobile navigation system using satellite signals.
なお、本実施形態では、3つのセンサーデバイスD0,D1,D2を用いた物理量センサ
ーとしての物理量センサー1について説明したが、センサーデバイスの数は3つ以上であ
ればよく、例えば4つ以上のセンサーデバイスを備えることにより、4軸以上の方向の角
速度の検出がとなる。
In the present embodiment, the
次に、本実施形態のジャイロセンサーの制御方法について説明する。
図3は、ジャイロセンサーの制御方法を示すフローチャートである。
図3において、まず、物理量センサー1の各センサーデバイスD0,D1,D2に備わる
振動ジャイロ素子20(図1および図2を参照)に励振信号を印加して励振振動させ、主
たる回転角速度が加わる方向に検出軸ベクトルn0を向けて設置されたセンサーデバイス
D0に印加される検出軸ベクトルn0を軸とした軸周りの回転運動の角回転速度(物理量)
を、電気検出済みの信号に変換して測定する(ステップS1)。
Next, a method for controlling the gyro sensor of this embodiment will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing a method for controlling the gyro sensor.
In FIG. 3, first, an excitation signal is applied to the vibration gyro element 20 (see FIGS. 1 and 2) included in each of the sensor devices D 0 , D 1 , D 2 of the
Is converted into a signal that has been electrically detected and measured (step S1).
次に、センサーデバイスD0の検出軸ベクトルn0の回転角速度(物理量)測定値n0´
が、センサーデバイスD0のダイナミックレンジの最大値を越えているか否かを判断する
(ステップS2)。
そして、測定値n0´がセンサーデバイスD0のダイナミックレンジの最大値を越えてい
た場合(ステップS2でYES)には、次の式(1)により測定値n0´を補正して回転
角速度(物理量)n0を算出して得る(ステップS3)
n0=n1・sinα・・・(1)
また、ステップS2の物理量測定で得られた回転角速度の測定値n0´がセンサーデバ
イスD0のダイナミックレンジを越えていない場合には、検出軸ベクトルn0の物理量測定
値n0´をそのまま物理量センサー1に印加された角回転速度n0として検出値を得る(ス
テップS4)。
Next, the rotational angular velocity (physical quantity) measurement value n 0 ′ of the detection axis vector n 0 of the sensor device D 0.
Determines whether or not the maximum value of the dynamic range of the sensor device D 0 is exceeded (step S2).
If the measured value n 0 ′ exceeds the maximum value of the dynamic range of the sensor device D 0 (YES in step S2), the measured value n 0 ′ is corrected by the following equation (1) to obtain the rotational angular velocity. (Physical quantity) n 0 is calculated and obtained (step S3).
n 0 = n 1 · sin α (1)
Further, when the measured value n 0 ′ of the rotational angular velocity obtained by the physical quantity measurement in step S2 does not exceed the dynamic range of the sensor device D 0 , the physical quantity measured value n 0 ′ of the detection axis vector n 0 is used as it is. A detection value is obtained as the angular rotation speed n 0 applied to the sensor 1 (step S4).
上記制御方法を有する物理量センサー1によれば、検出回路を複雑化させることなく、
小型でダイナミックレンジの高い物理量センサー1を提供することができる。
According to the
A
上記実施形態で説明した物理量センサーは、以下の変形例として実施することも可能で
ある。
The physical quantity sensor described in the above embodiment can also be implemented as the following modifications.
以下、物理量センサーの変形例について図面を参照して説明する。
(変形例1)
図4は、物理量センサーの変形例1の概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、上
記実施形態との共通部分については同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異な
る構成を中心に説明する。
Hereinafter, modified examples of the physical quantity sensor will be described with reference to the drawings.
(Modification 1)
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of
図4に示す本変形例の物理量センサー101は、上記実施形態の物理量センサー1にお
ける第1載置部材2と第2載置部材3(図1を参照)とが、三角錐形状の一部材からなる
ものである。
すなわち、物理量センサー101は、基板110と、基板110の一主面としての第1
の面110aに設けられた三角錐状の載置部材112と、三つのセンサーデバイスD0,
D1,D2とを有している。
In the
That is, the
A triangular pyramid-shaped mounting
D 1 and D 2 .
基板110の第1の面110a上において、載置部材112は、第1の面10aに対し
て所定の角度に傾いた第1の斜面102a、および、第1の斜面2aとは異なる方向に向
いた第2の斜面103a、および、第1の斜面102aおよび第2の斜面103aとは異
なる方向を向いた第3の斜面104aを有している。
基板110の第1の面10aには、物理量センサー1において主たる物理量(回転角速
度)が印加される方向に検出軸ベクトル(n0)を向けたセンサーデバイスD0が固定され
ている。
また、載置部材112の第1の斜面102aにはセンサーデバイスD1が載置・固定さ
れ、第2の斜面103aにはセンサーデバイスD2が載置・固定されている。
これらセンサーデバイスD0,D1,D2は、上記実施形態と同様に、各々の検出軸ベク
トルn0,n1,n2が互いに異なる方向に向けられるように配置されるとともに、n1≠⊥
n0、n2≠⊥n0、および、n1⊥n2の関係を満たすように配置されている。
また、上記実施形態と同様に、45<α≦90、90<β<180、且つ、Sin2α
−cos2α・sin(β−α)=0の条件を満たすことが望ましく、さらに、α=54
.74°、β=120°であることが好ましい。
On the
On the
Further, the sensor device D 1 is placed and fixed on the
These sensor devices D 0 , D 1 , D 2 are arranged so that the detection axis vectors n 0 , n 1 , n 2 are directed in different directions, and n 1 ≠, as in the above embodiment. ⊥
They are arranged so as to satisfy the relationship of n 0 , n 2 ≠ ⊥n 0 , and n 1 ⊥n 2 .
Similarly to the above embodiment, 45 <α ≦ 90, 90 <β <180, and Sin 2 α.
−cos 2 α · sin (β−α) = 0 is preferably satisfied, and α = 54.
. It is preferable that 74 ° and β = 120 °.
載置部材112は、6面体の一角を頂部として切り出すことにより容易に得ることがで
きる。本変形例の物理量センサー101によれば、主たる物理量(回転角速度)が印加さ
れる検出軸ベクトルn0を有するセンサーデバイスD0と、物理量センサーのダイナミック
レンジを広げる効果を奏する検出軸ベクトルn1および検出軸ベクトルn2を有するセンサ
ーデバイスD1およびサンサーD2とを、一部材で、位置精度よく上記実施形態で述べた位
置関係を満たすように配置することができるので、小型でダイナミックレンジの上限値の
高い物理量センサー101を提供することができる。
The mounting
(変形例2)
図5および図6は、基板に斜面を有する掘り込み部を設けた物理量センサーの変形例2
の2つのバリエーションを模式的に示す斜視図である。なお、上記実施形態及び変形例1
との共通部分については、同一符号を付して説明を省略する。
(Modification 2)
5 and 6 show a second modification of the physical quantity sensor in which a digging portion having a slope is provided on the substrate.
It is a perspective view showing typically these two variations. In addition, the said embodiment and
The common parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図5に示す変形例2の一つのバリエーションである物理量センサー201は、単結晶基
板としてのシリコン基板210と、シリコン基板210の第1の面210aの一部をエッ
チングして形成された掘り込み部212と、三つのセンサーデバイスD0,D1,D2とを
有している。
A
掘り込み部212は、シリコン基板1012をウェットエッチングすることにより形成
されたものであり、シリコン基板210の第1の面210aに対して所定の角度に傾いた
第1の斜面202a、第1の斜面202aとは異なる方向に向いた第2の斜面203a、
同じく第3の斜面204a、および、第1の面210aと並行する底面205aを有する
凹部である。なお、本変形例で説明する掘り込み部212は少なくとも第1の斜面202
aおよび第2の斜面203aを有していればよく、四つ以上の斜面を有していてもよいし
、また、底面205aがない構成としてもよい。
The digging
Similarly, it is a recess having a third
a and the
シリコン基板210の第1の面210aには、物理量センサー1において主たる物理量
(回転角速度)が印加される方向に検出軸ベクトル(n0)を向けたセンサーデバイスD0
が固定されている。
また、掘り込み部212の第1の斜面202aにはセンサーデバイスD1が載置・固定
され、第2の斜面203aにはセンサーデバイスD2が載置・固定されている。
これらセンサーデバイスD0,D1,D2は、上記実施形態と同様に、各々の検出軸ベク
トルn0,n1,n2が互いに異なる方向に向けられるように配置されるとともに、n1≠⊥
n0、n2≠⊥n0、および、n1⊥n2の関係を満たすように配置されている。
また、上記実施形態と同様に、45<α≦90、90<β<180、且つ、Sin2α
−cos2α・sin(β−α)=0の条件を満たすことが望ましく、さらに、α=54
.74°、β=120°であることが好ましい。
A sensor device D 0 in which a detection axis vector (n 0 ) is directed to the
Is fixed.
In addition, the sensor device D 1 is placed and fixed on the
These sensor devices D 0 , D 1 , D 2 are arranged so that the detection axis vectors n 0 , n 1 , n 2 are directed in different directions, and n 1 ≠, as in the above embodiment. ⊥
They are arranged so as to satisfy the relationship of n 0 , n 2 ≠ ⊥n 0 , and n 1 ⊥n 2 .
Similarly to the above embodiment, 45 <α ≦ 90, 90 <β <180, and Sin 2 α.
−cos 2 α · sin (β−α) = 0 is preferably satisfied, and α = 54.
. It is preferable that 74 ° and β = 120 °.
シリコンのような単結晶基板はエッチング異方性を有し、結晶面によるエッチング速度
の違いを利用することで平滑で正確な角度の斜面を形成できることが知られており、この
特性を利用して、第1の面210aに対して所望の傾斜角の第1の斜面202aおよび第
2の斜面203aを含む掘り込み部212を精度よく形成することができる。
また、シリコン基板210の掘り込み部212にセンサーデバイスD1およびセンサー
デバイスD2を載置するので、物理量センサー201の薄型化に有利である。
したがって、小型(薄型)で、搭載されたセンサーのダイナミックレンジを超えた物理
量をも高感度にて検出することができる物理量センサーを提供することができる。
なお、図中破線で示すように、センサーデバイスD0を掘り込み部212の底面205
aに載置してもよい。このようにすれば全てのセンサーデバイスD0,D1,D2が掘り込
み部212に載置されるのでさらなる薄型化を図ることができる。
Single crystal substrates such as silicon have etching anisotropy, and it is known that a slope with a smooth and accurate angle can be formed by utilizing the difference in etching rate depending on the crystal plane. The digging
In addition, since the sensor device D 1 and the sensor device D 2 are mounted on the dug
Therefore, it is possible to provide a physical quantity sensor that is small (thin) and can detect a physical quantity exceeding the dynamic range of the mounted sensor with high sensitivity.
As indicated by a broken line in the figure, the sensor device D 0 is attached to the bottom surface 205 of the digging
It may be placed on a. In this way, since all the sensor devices D 0 , D 1 , D 2 are placed on the digging
図6に示す変形例2の別のバリエーションである物理量センサー201´は、図5の物
理量センサー201におけるシリコン基板210に設けた掘り込み部212の第3の斜面
204aに別の機能素子250を搭載した構成を示している。
別の機能素子250として、例えば、磁気センサーや、温度センサーなどの他のセンシ
ング機能を有するセンサー素子を搭載することにより、多機能な複合センサーを構成する
ことができる。また、別の機能素子250としてICチップを搭載すれば、センサーデバ
イスD0,D1,D2の様々な制御を行うことにより高機能で安定した物理量のセンシング
が可能になる。
A
As another
また、本変形例のシリコン基板210において、第1の面210aとしてSi{111
}面を用いて、そのSi{111}面からエッチングすることにより、より正確な傾きに
制御された第1の斜面202aおよび第2の斜面203aを得ることができる。
このようにして形成された掘り込み部212のエッチング面は、Si{111}面に対
して正確な角度の傾斜面であるSi{100}面を形成する。これにより、Si{111
}面を第1の面210aとしてセンサーデバイスD0を載置するとともに、掘り込み部2
12のSi{100}面を第1の斜面202aおよび第2の斜面203aとして各々の斜
面にセンサーデバイスD1およびセンサーデバイスD2を載置することによって、主たる物
理量が印加される検出軸ベクトルn0を有するセンサーデバイスD0と、物理量センサーの
ダイナミックレンジを広げる効果を奏する検出軸ベクトルn1および検出軸ベクトルn2を
有するセンサーデバイスD1およびサンサーD2とを、より位置精度よく上記実施形態で説
明した検出軸ベクトルの位置関係を満たすように配置することができるので、小型でダイ
ナミックレンジの高い物理量センサー201,201´を提供することができる。
Further, in the
} Surface and etching from the Si {111} surface, the
The etched surface of the dug
} The sensor device D 0 is placed with the surface as the
The detection axis vector n to which the main physical quantity is applied by mounting the sensor device D 1 and the sensor device D 2 on the respective slopes with the 12 Si {100} planes as the
〔電子機器〕
上記実施形態及び変形例に記載の物理量センサーを搭載した電子機器は、上記したよう
に、小型でダイナミックレンジの上限値が高い物理量センサーを、コストの上昇を抑えな
がら高性能化及び小型化を図ることが可能である。
例えば、図7(a)は、デジタルビデオカメラへの適用例を示す。デジタルビデオカメ
ラ240は、受像部241、操作部242、音声入力部243、及び表示ユニット100
1を備えている。このようなデジタルビデオカメラ240に、上記実施形態および変形例
の物理量センサー1,101,201,201´を搭載することにより、所謂手ぶれ補正
機能を搭載することができる。
また、図7(b)は、電子機器としての携帯電話機、図7(c)は、情報携帯端末(P
DA:Personal Digital Assistants)への適用例をそれぞ
れ示すものである。
まず、図7(b)に示す携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001及びスクロ
ールボタン3002、並びに表示ユニットと1002を備える。スクロールボタン300
2を操作することによって、表示ユニット1002に表示される画面がスクロールされる
。
また、図7(c)に示すPDA4000は、複数の操作ボタン4001及び電源スイッ
チ4002、並びに表示ユニット1003を備える。電源スイッチ4002を操作すると
、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が表示ユニット1003に表示される。
このような携帯電話機3000やPDA4000に、上記実施形態の振動ジャイロ素子
20を備えた物理量センサー搭載することにより、様々な機能を付与することができる。
例えば、図7(b)の携帯電話機3000に、図示しないカメラ機能を付与した場合に、
携帯電話機3000に搭載された振動ジャイロ素子20や物理量センサーにより手振れ補
正を行うことができる。また、図7(b)の携帯電話機3000や、図7(c)のPDA
4000にGPS(Global Positioning System)として広く
知られる汎地球測位システムを具備した場合に、上記実施形態の振動ジャイロ素子20を
備えた物理量センサーを搭載することにより、GPSにおいて、携帯電話機3000やP
DA4000の位置や姿勢を認識させることができる。
〔Electronics〕
As described above, the electronic device equipped with the physical quantity sensor described in the above-described embodiment and the modified example achieves high performance and downsizing of the physical quantity sensor that is small and has a high dynamic range upper limit while suppressing an increase in cost. It is possible.
For example, FIG. 7A shows an application example to a digital video camera. The
1 is provided. By mounting the
7B shows a mobile phone as an electronic device, and FIG. 7C shows an information portable terminal (P
Application examples to DA (Personal Digital Assistants) are shown respectively.
First, the
2 is operated, the screen displayed on the
In addition, the
Various functions can be provided by mounting a physical quantity sensor including the
For example, when a camera function (not shown) is given to the
Camera shake correction can be performed by the
When the 4000 is equipped with a global positioning system widely known as GPS (Global Positioning System), by mounting the physical quantity sensor including the
The position and posture of DA4000 can be recognized.
なお、図7に示す電子機器に限らず、本発明の振動ジャイロ素子20及びそれを備えた
物理量センサーを適用可能な電子機器として、モバイルコンピューター、カーナビゲーシ
ョン装置、電子手帳、電卓、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、ゲーム機な
どが挙げられる。
In addition to the electronic device shown in FIG. 7, mobile computers, car navigation devices, electronic notebooks, calculators, workstations, televisions can be used as electronic devices to which the
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発
明は上記した実施の形態及びその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々の変更を加えることが可能である。
The embodiments of the present invention made by the inventor have been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications thereof, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to make changes.
例えば、上記実施形態及び変形例では、物理量センサー1,101,201,201´
について説明したが、これに限定するものではなく、例えば、加速度をセンシングする加
速度センサーや、磁気をセンシングする磁気センサーなどに利用することもできる。
For example, in the embodiment and the modified example, the
However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be used for an acceleration sensor for sensing acceleration, a magnetic sensor for sensing magnetism, and the like.
D0,D1,D2…センサーデバイス、n0,n1,n2…検出軸ベクトル、1,101,2
01,201´…物理量センサー、2…第1載置部材、2a,102a,202a…第1
の斜面、3…第2載置部材、3a,103a,203a…第2の斜面、10,110、1
0a,110a,210a…第1の面、20…振動ジャイロ素子、40…ICチップ、6
0…パッケージ、70…リッド、104a…第3の斜面、112…載置部材、204a…
第3の斜面、205a…底面、210…単結晶基板としてのシリコン基板、212…掘り
込み部、240…電子機器としてのデジタルビデオカメラ、241…受像部、242…操
作部、243…音声入力部、1001…及び表示ユニット、1002…表示ユニット、1
003…表示ユニット、3000…電子機器としての携帯電話機、3001…複数の操作
ボタン、3002…スクロールボタン、4000…電子機器としてのPDA、4001…
複数の操作ボタン、4002…電源スイッチ。
D 0 , D 1 , D 2 ... sensor devices, n 0 , n 1 , n 2 ... detection axis vectors, 1 , 101, 2
01, 201 '... physical quantity sensor, 2 ... first placement member, 2a, 102a, 202a ... first
, 3 ... second mounting member, 3a, 103a, 203a ... second slope, 10, 110, 1
0a, 110a, 210a ... first surface, 20 ... vibrating gyro element, 40 ... IC chip, 6
0 ... package, 70 ... lid, 104a ... third slope, 112 ... mounting member, 204a ...
3rd slope, 205a ... bottom surface, 210 ... silicon substrate as single crystal substrate, 212 ... digging unit, 240 ... digital video camera as electronic equipment, 241 ... image receiving unit, 242 ... operation unit, 243 ... audio input unit , 1001... And display unit, 1002.
003: Display unit, 3000: Mobile phone as an electronic device, 3001 ... Multiple operation buttons, 3002 ... Scroll buttons, 4000 ... PDA as an electronic device, 4001 ...
A plurality of operation buttons, 4002... Power switch.
Claims (8)
前記基板の一主面に対して傾いた第1の斜面を有する第1載置部材、および、前記第1
の斜面とは異なる方向に向いた第2の斜面を有する第2載置部材と、
所定方向に検出軸を有する少なくとも三つのセンサーデバイスと、を備え、
前記センサーデバイスは、前記一主面に直交する方向に検出軸ベクトルn0を向けて前
記一主面に載置されたセンサーデバイスD0と、
前記検出軸ベクトルn0と交差する方向に検出軸ベクトルn1が向くように、前記第1載
置部材の前記第1の斜面に載置されたセンサーデバイスD1と、
前記検出軸ベクトルn0および前記検出軸ベクトルn1に交差する方向に検出軸ベクトル
n2が向くように前記第2載置部材の前記第2の斜面に載置されたセンサーデバイスD2と
、を含み、
各検出軸ベクトルn0,n1,n2は、n1≠⊥n0、n2≠⊥n0、および、n1⊥n2の関
係が成り立つことを特徴とする物理量センサー。 A substrate,
A first mounting member having a first inclined surface inclined with respect to one main surface of the substrate; and the first
A second mounting member having a second inclined surface facing in a direction different from the inclined surface of
And at least three sensor devices having detection axes in a predetermined direction,
The sensor device has a sensor device D 0 placed on the one principal surface with a detection axis vector n 0 directed in a direction orthogonal to the one principal surface;
A sensor device D 1 mounted on the first inclined surface of the first mounting member such that a detection axis vector n 1 faces in a direction crossing the detection axis vector n 0 ;
A sensor device D 2 mounted on the second inclined surface of the second mounting member such that a detection axis vector n 2 faces a direction intersecting the detection axis vector n 0 and the detection axis vector n 1 ; Including
Each of the detection axis vectors n 0 , n 1 , n 2 is a physical quantity sensor characterized by the relationship of n 1 ≠ ⊥n 0 , n 2 ≠ ⊥n 0 , and n 1 ⊥n 2 .
前記検出軸ベクトルn0、前記検出軸ベクトルn1、および前記検出軸ベクトルn2がそ
れぞれ成す角度をα、前記第1の斜面と前記第2の斜面とが前記基板上で成す角度をβと
したときに、下記の式、
45<α≦90、
90<β<180、
且つ、Sin2α−cos2α・sin(β−α)=0)
の条件を満たすことを特徴とする物理量センサー。 The physical quantity sensor according to claim 1,
The angle formed by the detection axis vector n 0 , the detection axis vector n 1 , and the detection axis vector n 2 is α, and the angle formed by the first inclined surface and the second inclined surface on the substrate is β. When the following formula,
45 <α ≦ 90,
90 <β <180,
And Sin 2 α-cos 2 α · sin (β-α) = 0)
A physical quantity sensor characterized by satisfying the following conditions.
α=54.74°、β=120°であることを特徴とする物理量センサー。 The physical quantity sensor according to claim 2,
A physical quantity sensor, wherein α = 54.74 ° and β = 120 °.
前記第1載置部材と前記第2載置部材は三角錐形状の一部材に一体形成されたことを特
徴とする物理量センサー。 The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 3,
The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the first mounting member and the second mounting member are integrally formed as one triangular pyramid member.
前記単結晶基板の一主面の一部をエッチングして形成され、前記一主面に対して所定の
角度に傾いた第1の斜面および第2の斜面を少なくとも含む掘り込み部と、
所定の方向に検出軸を有する少なくとも三つのセンサーデバイスと、を備え、
前記センサーデバイスは、前記一主面と直交する方向に検出軸ベクトルn0を向けて前
記一主面に載置されたセンサーデバイスD0と、
前記検出軸ベクトルn0と交差する方向に検出軸ベクトルn1が向くように、前記第1の
斜面に載置されたセンサーデバイスD1と、
前記検出軸ベクトルn0と交差する方向に検出軸ベクトルn2が向くように第2の斜面に
載置されたセンサーデバイスD2と、を含み、
各検出軸ベクトルn0,n1,n2の方向は、
n1≠⊥n0、
n2≠⊥n0、
および、n1⊥n2の関係が成り立つことを特徴とする物理量センサー。 A single crystal substrate;
A digging portion formed by etching a part of one main surface of the single crystal substrate and including at least a first inclined surface and a second inclined surface inclined at a predetermined angle with respect to the one main surface;
And at least three sensor devices having detection axes in a predetermined direction,
The sensor device has a sensor device D 0 mounted on the one principal surface with a detection axis vector n 0 directed in a direction orthogonal to the one principal surface;
A sensor device D 1 mounted on the first slope such that the detection axis vector n 1 faces in a direction intersecting the detection axis vector n 0 ;
A sensor device D 2 mounted on a second slope so that the detection axis vector n 2 faces in a direction crossing the detection axis vector n 0 ,
The direction of each detection axis vector n 0 , n 1 , n 2 is
n 1 ≠ ⊥n 0 ,
n 2 ≠ ⊥n 0 ,
And a physical quantity sensor characterized in that a relationship of n 1 ⊥n 2 is established.
前記単結晶基板はシリコンであり、
前記一主面は前記シリコンのSi{111}面であり、
前記第1の斜面および前記第2の斜面は前記シリコンのSi{100}面であることを
特徴とする物理量センサー。 The physical quantity sensor according to claim 5,
The single crystal substrate is silicon;
The one principal surface is a Si {111} surface of the silicon;
The physical quantity sensor, wherein the first slope and the second slope are Si {100} faces of the silicon.
前記基板の一主面に対して傾いた第1の斜面を有する第1載置部材、および、前記第1
の斜面とは異なる角度に傾いた第2の斜面を有する第2載置部材と、
所定の方向に検出軸を有する少なくとも三つのセンサーデバイスと、を備え、
前記センサーデバイスは、前記一主面に直交する方向に検出軸ベクトルn0を向けて前記
一主面に載置されたセンサーデバイスD0と、
前記検出軸ベクトルn0と交差する方向に検出軸ベクトルn1が向くように前記第1載置
部材の前記第1の斜面に載置されたセンサーデバイスD1と、
前記検出軸ベクトルn0および前記検出軸ベクトルn1に交差する方向に検出軸ベクトル
n2が向くように第2載置部材の前記第2の斜面に載置されたおよびセンサーデバイスD2
を含み、
各検出軸ベクトルn0,n1,n2は、n1≠⊥n0、n2≠⊥n0、および、n1⊥n2の関
係が成り立つ物理量センサーの制御方法であって、
前記センサーデバイスD0,D1,D2より前記検出軸ベクトルn0,n1,n2の物理量を
各々測定する物理量測定ステップと、
前記物理量測定ステップにおける前記センサーによる測定値に基づいて前記物理量セン
サーに印加された物理量を検知するステップと、を含み、
前記物理量測定ステップの後で、前記検出軸ベクトルn0の物理量測定値が前記センサ
ーデバイスD0のダイナミックレンジの最大値を越えているか否かを判断するステップを
有し、前記物理量測定値が前記センサーデバイスD0のダイナミックレンジを越えていな
い場合には、検出軸ベクトルn0の物理量測定値をそのまま前記物理量センサーに印加さ
れた物理量として検知し、前記物理量測定値が前記センサーデバイスD0のダイナミック
レンジを越えていた場合には、n0=n1・sinαとして前記物理量センサーに印加され
た物理量を検知することを特徴とする物理量センサーの制御方法。 A substrate,
A first mounting member having a first inclined surface inclined with respect to one main surface of the substrate; and the first
A second mounting member having a second inclined surface inclined at an angle different from the inclined surface of
And at least three sensor devices having detection axes in a predetermined direction,
The sensor device has a sensor device D 0 placed on the one principal surface with a detection axis vector n 0 directed in a direction orthogonal to the one principal surface;
A sensor device D 1 mounted on the first inclined surface of the first mounting member such that a detection axis vector n 1 faces in a direction intersecting the detection axis vector n 0 ;
The sensor device D 2 mounted on the second inclined surface of the second mounting member such that the detection axis vector n 2 faces the detection axis vector n 0 and the detection axis vector n 1.
Including
Each detection axis vector n 0 , n 1 , n 2 is a physical quantity sensor control method in which the relationship of n 1 ≠ ⊥n 0 , n 2 ≠ ⊥n 0 , and n 1 ⊥n 2 is established,
A physical quantity measuring step for measuring physical quantities of the detection axis vectors n 0 , n 1 , n 2 from the sensor devices D 0 , D 1 , D 2 , respectively;
Detecting a physical quantity applied to the physical quantity sensor based on a measured value by the sensor in the physical quantity measuring step,
After the physical quantity measurement step, the method includes a step of determining whether a physical quantity measurement value of the detection axis vector n 0 exceeds a maximum value of a dynamic range of the sensor device D 0 , and the physical quantity measurement value is If the dynamic range of the sensor device D 0 is not exceeded, the physical quantity measurement value of the detection axis vector n 0 is detected as it is as the physical quantity applied to the physical quantity sensor, and the physical quantity measurement value is the dynamic value of the sensor device D 0 . A physical quantity sensor control method comprising: detecting a physical quantity applied to the physical quantity sensor as n 0 = n 1 · sin α when the range is exceeded.
方法を有する物理量センサーを備えていることを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising the physical quantity sensor according to claim 1, or the physical quantity sensor having the control method according to claim 7.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011126154A JP2012251925A (en) | 2011-06-06 | 2011-06-06 | Physical quantity sensor, method for controlling physical quantity sensor, electronic equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011126154A JP2012251925A (en) | 2011-06-06 | 2011-06-06 | Physical quantity sensor, method for controlling physical quantity sensor, electronic equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021261557A1 (en) * | 2020-06-24 | 2021-12-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Inertial force sensor |
-
2011
- 2011-06-06 JP JP2011126154A patent/JP2012251925A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021261557A1 (en) * | 2020-06-24 | 2021-12-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Inertial force sensor |
| US12281899B2 (en) | 2020-06-24 | 2025-04-22 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Inertial sensor |
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