慣性傳感器、慣性傳感器裝置及其製造方法

2023-10-05 05:15:24

專利名稱：慣性傳感器、慣性傳感器裝置及其製造方法
技術領域：
本發明涉及加速度傳感器和陀螺傳感器等慣性傳感器及其製造方 法，本發明特別適用於車載用導航裝置等。
背景技術：
汽車導航裝置已廣泛普及。在此類汽車導航裝置中，在檢測汽車等車輛的當前位置時，並用了使用所謂的GPS (Global Positioning System: 全球定位系統)來進行測位的方法，以及獨立測量車輛的移動方向和移 動距離的方法。因此，在汽車導航裝置中，安裝了檢測施加在車輛上的 加速度和角速度等的陀螺傳感器(角速度傳感器)和加速度傳感器等慣 性傳感器，以便獨立測量車輛的移動方向和移動距離。在通過此類慣性傳感器檢測角速度和加速度等的情況下，需要使檢 測軸朝向應檢測方向，例如，如果是陀螺傳感器，則需要將檢測軸朝向 鉛直上方地設置。但是，近年來，汽車導航裝置不斷小型化，以往開發了使配置於座 位下和行李箱內等中的裝置主體(以下稱為"導航主體")設置於位於駕 駛席和助手席之間的副儀錶板的類型的導航裝置。圖15是表示在副儀錶板上設置的導航主體的圖，(a)是其整體立體 圖，(b)是表示在導航主體上安裝的陀螺傳感器的圖。如圖15 (a)所示，在副儀錶板102上設置導航主體100的情況下， 基於安裝在導航主體100上的顯示裝置101的視認性和未圖示的操作面 板的操作性的觀點，優選使顯示裝置101和操作面板的板面朝向駕駛員 的視線方向。即，優選使導航主體100從水平方向向斜上方傾斜地設置 在副儀錶板102內。但是，在使導航主體100向斜上方傾斜地設置在副
儀錶板102上的情況下，由於如圖15 (b)所示，在導航主體100內的印 刷基板103上安裝的陀螺傳感器104的檢測軸G從本來應朝向的方向即 鉛直方向V傾斜了導航主體iOO的安裝角度(傾斜角)e，所以在陀螺 傳感器104檢測到的角速度會產生誤差。在通常的汽車導航裝置中，為了修正陀螺傳感器104等的由於導航 主體100的安裝角度而產生的檢測誤差，通過軟體的運算處理來進行檢 測結果的修正，但這種通過軟體進行的修正處理存在極限，現狀為例如在導航主體ioo的傾斜角e為30°以上時，通過軟體的運算處理無法完全修正。因此，在汽車導航裝置中，需要即使在傾斜安裝的情況下也能正確 地進行檢測的慣性傳感器，這樣的傳感器己提出了多種方案。例如，在專利文獻1中，公開了這樣的角速度傳感器通過保持部件使傳感器內部的角速度檢測元件傾斜，從而在不改變傳感器的形狀和 傳感器的安裝方法的情況下使檢測軸傾斜。此外，在專利文獻2中，公開了這樣的傳感器裝置具備檢測元件 和固定支撐檢測元件的安裝部，該檢測元件對具有固定的方向性的物理 量的有關方向以及大小進行檢測，在該傳感器裝置中，檢測元件以向減 小方向傾斜預先設定的減小角度的方式固定在安裝部上，所述減小方向 是使作為成為檢測方向和大小的基準的檢測軸的方向與在相應檢測時實 際施加在檢測元件上的物理量的方向的差而預測的角度差減小的方向。另外，在專利文獻3中，公開了這樣的振子的支撐結構通過將振子連接在支撐基板上的腳部、以及將該支撐基板和封裝用基板連接起來 的粘接劑，設定封裝內的振子的角度，使振子的檢測軸定向為希望的方向。專利文獻l: WO03/畫50專利文獻2:日本特幵2003—227844號公報專利文獻3:日本特開2005—249428號公報但是，在上述專利文獻l、 2所公開的傳感器中，由於將作為檢測元 件的水晶振子直接固定在安裝部上，所以安裝部成為來自水晶振子的振 動洩漏和無用振動模式等的產生原因，因而存在使檢測性能惡化的可能。 此外，在上述專利文獻l、 2所公開的傳感器中，由於需要使檢測元 件本身傾斜安裝，所以每個安裝角度都需要專用的工具，從而導致製造 成本的上升。像這樣需要專用工具是因為在專利文獻l、 2所公開的傳感 器中，在將檢測元件安裝到安裝部上之後，向檢測元件照射雷射來進行 傳感器的調整，所以在改變了檢測元件的安裝角度的情況下，按照每個 安裝角度，雷射的焦點不同，因而不能使工具通用。另外，在上述專利文獻2中，為了使檢測元件傾斜安裝，在檢測元 件其本身上形成狹縫。因此，檢測元件的加工成本增高，從這一點考慮 也導致了製造成本的上升。再有，在上述專利文獻l、 2中，由於在傳感器的內部使檢測元件傾斜，所以在將傳感器安裝到安裝基板上時，存在不能將檢測軸的角度改 變成任意角度的問題。此外，在專利文獻3中，將振動片(振子)連接到支撐基板上的腳部(接合線)與來自振動片的振動洩漏和無用振動模式的產生有很深的 關聯，存在使傳感器的檢測性能惡化的情況。此外，通過粘接劑來改變 角度在製造方面偏差大，且設定的角度的精度差。另外，專利文獻l、 2中的安裝部是將元件直接固定的部件，安裝部 成為來自振動片的振動洩漏和無用振動模式等的產生原因，存在使物理 量的檢測性能變差的情況。於是，本發明的發明人把目標對準了將利用現有的接合方法固定傳 感器元件的傳感器設備接合到引線框上並進行澆鑄的方法。根據該方法， 由於傳感器元件利用現有的接合方法固定，所以抑制了振動洩漏和無用 振動模式的產生，能夠根據引線框的形狀來控制與傳感器的響應動作的 檢測軸對應的設置角度，而且能夠通過澆鑄來確保機械強度。但是，在該方法中，容納了傳感器的傳感器設備通過控制引線框的 形狀來根據傳感器的響應動作的檢測軸來相對於安裝面傾斜。因此，在 使用沿傳感器設備的外形進行澆鑄的現有模塑方法來形成傳感器裝置 時，傳感器裝置的外形相對於安裝面不平行。因此，存在安裝工序中的
作業性變差的可能。 發明內容本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的是提供一種能夠在不使檢 測元件的檢測性能惡化的情況下將檢測軸設定為預定角度的慣性傳感器 及其製造方法。此外，本發明的目的是提供一種即使安裝在具有預定傾斜的安裝面 上也能夠高精度地設定傳感器的檢測軸，能夠將傳感器的檢測軸和鑄模 的底面及頂面設定為希望的角度的作業性良好的慣性傳感器裝置的製造 方法。為了實現上述目的，本發明的慣性傳感器的特徵在於，該慣性傳感 器具有對檢測軸方向的物理量的大小進行檢測的檢測元件；支撐檢測 元件的大致中央的具有撓性的多個支撐部件；以及容納檢測元件和所述 支撐部件的封裝用基板，在將多個支撐部件的延長方向設為X軸、將在 檢測元件的平面內與X軸正交的軸設為Y軸、將與X軸和Y軸正交的 軸設為Z軸時，施加在支撐部件上的檢測元件的Y軸方向的載荷分量在 多個支撐部件之間大致相同，而且Z軸方向的載荷分量在多個支撐部件 之間大致相同。通過這樣構成，由於在多個支撐部件上因加速度而作用有相等的作 用，所以能夠使支撐部件的機械共振頻率的設定條件相對於與加速度相 伴的力的變化而不易紊亂。即，可防止支撐部件的共振頻率紊亂成非預 期值，例如還可以防止以下不良情況在慣性傳感器的驅動頻率隨溫度 變化而變化的過程中，在該共振頻率移到慣性傳感器的驅動振動附近時， 慣性傳感器的驅動頻率與支撐部件的共振頻率結合(被誘導)，從而導致 慣性傳感器的輸出信號跳躍。此外，本發明的慣性傳感器的特徵在於，檢測元件的檢測角速度的 檢測軸是Z軸方向，而且Z軸和鉛直方向所構成的角為e，合成了Y軸 方向的載荷分量和Z軸方向的載荷分量的載荷分量至少是基於重力加速 度的載荷分量。
在如此構成慣性傳感器時，由於即使在將慣性傳感器傾斜配置的情 況下，也是在多個支撐部件上因加速度而作用有相等的作用，所以能夠 使支撐部件的機械共振頻率的設定條件相對於與加速度相伴的力的變化 而不易紊亂。即，可防止支撐部件的共振頻率紊亂成非預期值，例如還 可以防止以下不良情況在慣性傳感器的驅動頻率隨溫度變化而變化的 過程中，在該共振頻率移到慣性傳感器的驅動振動附近時，慣性傳感器 的驅動頻率與支撐部件的共振頻率結合(被誘導)，從而導致慣性傳感器 的輸出信號跳躍。此外，可在使慣性傳感器傾斜的狀態下檢查慣性傳感器的驅動頻率， 從而能夠簡化檢查工序。再有，由於該情況下重力加速度和Z軸方向一致，所以Y軸方向與 移動體的行進方向一致，所以具有即使相對於移動體移動時的加速度， 支撐部件的共振頻率也不易紊亂的優點。另外，本發明的慣性傳感器的特徵在於，所述慣性傳感器構成為通過使該慣性傳感器的短方向傾斜來使z軸和鉛直方向所構成的角度為e。在這樣構成時，在組裝該慣性傳感器構成傾斜結構的慣性傳感器裝 置時，能夠實現裝置的薄型化。一種慣性傳感器裝置，其特徵在於，所述慣性傳感器具有本發明的慣性傳感器；與慣性傳感器電連接的多個引線端子；以及容納慣性傳感 器的模製外殼。如果如此構成慣性傳感器裝置，由於在多個支撐部件上因加速度而 作用有相等的作用，所以能夠使支撐部件的機械共振頻率的設定條件相 對於與加速度相伴的力的變化而不易紊亂。即，可防止支撐部件的共振 頻率紊亂成非預期值，例如還可以防止以下不良情況在慣性傳感器的驅動頻率隨溫度變化而變化的過程中，在該共振頻率移到慣性傳感器的 驅動振動附近時，慣性傳感器的驅動頻率與支撐部件的共振頻率結合(被 誘導)，從而導致慣性傳感器的輸出信號跳躍。此外，本發明的慣性傳感器的特徵在於，所述模製外殼構成為具有: 從該模製外殼的一部分向所述模製外殼的底面方向延伸的引線端子；和與所述一部分對置的一部分向所述模製外殼的底面方 向延伸的、比所述引線端子長的引線端子，所述長引線端子朝向所述模 制外殼側具有多個彎曲部。在如此構成時，可防止在該慣性傳感器安裝於安裝基板上時由於焊 料附著導致的慣性傳感器的浮起。此外，本發明是--種慣性傳感器裝置的製造方法，慣性傳感器裝置 具有與安裝基板進行電連接的多個引線端子，所述慣性傳感器裝置是通 過模塑方法利用樹脂對由多個引線端子構成的引線框和傳感器設備進行 澆鑄而形成的裝置，所述傳感器設備根據引線框的形狀來確定設置角度， 而且包括響應相對於檢測軸的動作的傳感器，其特徵在於，在將傳感器 設備接合到引線框上之後，將分別形成有凹部的下模具和上模具以在凹 部形成面之間夾著引線框的方式重疊起來，在由此劃分而成的型腔內容 納傳感器設備，然後在型腔內填充樹脂進行成形，在這種模塑方法中使 用由下模具和上模具構成的模塑模具，在所述下模具和所述上模具中以 下述方式形成有凹部型腔的與引線框相對的頂面和底面分別形成為相 對於引線框的兩個主面傾斜，而且該頂面和底面平行。根據該結構，可對調整了傳感器設備的與響應動作的檢測軸對應的、 相對於安裝面的設置角度的傳感器設備，以相對於安裝面平行的外形進 行澆鑄。由此，可製造安裝時的作業性良好的慣性傳感器裝置。此外，本發明，在慣性傳感器裝置的製造方法中，其特徵在於，使 用如下形成的模塑模具型腔的與引線框相對的頂面和底面相對於引線 框的兩個主面以與傳感器設備的設置角度相同的角度傾斜。根據該結構，通過使用上述結構的模塑模具，能夠以傳感器設備的 底面和慣性傳感器裝置的底面具有角度地傾斜配置的方式來成形模製 件，從而使慣性傳感器裝置的底面的法線和檢測軸形成為構成預定角度。因此，通過將慣性傳感器裝置的底面的法線和檢測軸所構成的角度， 設定為與安裝慣性傳感器裝置的傾斜的安裝基板的基板面的法線和鉛直 方向所構成的角度相同的角度，可製造即使在傾斜的面上安裝本發明的 慣性傳感器裝置也能夠高精度地設定傳感器的檢測軸的慣性傳感器裝


圖1是表示本實施方式的陀螺傳感器裝置的結構的圖，(a)是其頂視圖。圖2是表示本實施方式的陀螺傳感器裝置的安裝例的圖。 圖3是在本實施方式的陀螺傳感器裝置中使用的引線端子單元的說 明圖。圖4是說明陀螺傳感器裝置的製造工序的流程圖。 圖5是表示第二實施方式的陀螺傳感器裝置的結構的圖。 圖6是表示第二實施方式的線接合用的工具的圖。 圖7是表示第三實施方式的陀螺傳感器裝置的結構的圖。 圖8是表示陀螺傳感器10的內部結構的剖面圖。 圖9是表示設置於陀螺傳感器10的支撐基板的結構的圖。 圖10中(a)是概要地表示水晶振動元件11的俯視圖，(b)是表示 水晶振動元件11的檢測振動模式的振動的俯視圖。圖11中(a)是表示沒有使用本發明的狀態的線13和傾斜方向的俯 視圖，(b)是將水晶振動元件11安裝在圖11 (a)所示的線13上的陀螺 傳感器裝置的傾斜安裝的情況的側視圖，(c)是表示圖11 (b)所示的陀 螺傳感器裝置的線13的共振頻率和水晶振動元件11的共振頻率之間的 關係的圖。圖12中(a)是表示使用了本發明的狀態的線13和傾斜方向的俯視 圖，(b)是將水晶振動元件11安裝在圖12 (a)所示的線13上的陀螺傳 感器裝置的傾斜安裝的情況的側視圖，(c)是表示圖12 (b)所示的陀螺 傳感器裝置的線13的共振頻率和水晶振動元件11的共振頻率之間的關 系的圖。圖13是表示模塑模具中的下模具的結構圖的圖。。 圖14是用於說明模塑模具的整體結構的圖。圖15是表示設置在副儀錶板上的導航主體的圖，(a)是其整體立體
圖，(b)是表示安裝在汽車導航主體上的陀螺傳感器的圖。 標號說明1、 20、 30:陀螺傳感器轉置；2:樹脂部；3:弓l線框(引線端子); 5:下墊板；10:陀螺傳感器(傳感器設備)；11:水晶振動元件；12:支撐基板；13a、 13b:線；14:粘接劑；16:蓋體；17:陶瓷外殼(ceramic package)。
具體實施方式
下面對本發明的實施方式進行說明。另外，在本實施方式中作為本發明的慣性傳感器的一例列舉陀螺傳 感器為例來進行說明。圖1是表示本實施方式的陀螺傳感器裝置的結構的圖，(a)是其頂 視圖，(b)是側視圖。該圖1所示的陀螺傳感器裝置1，以在其內部陀螺傳感器10的角速 度檢測軸G (檢觀IJ軸G)相對於該陀螺傳感器裝置1的頂面的垂線V傾 斜角度9的狀態，通過由例如樹脂等鑄型材料構成的樹脂部2密封。從 樹脂部2的長方向兩側向外部分別引出有多個引線端子3。此外，陀螺傳感器裝置1的頂面和陀螺傳感器1的安裝側的面平行。 引線端子3在樹脂部2內與陀螺傳感器10電連接。在該情況下，從靠近 樹脂部2的底面側的位置露出的引線端子3使引線端子3在彎曲部4a、 4b處向內側彎曲以在樹脂部2的底面形成電極端子8。另一方面，從遠 離樹脂部2的底面側的位置露出的引線端子3也使引線端子3彎曲以在 樹脂部2的底面形成電極端子8，但由於從樹脂部2露出的引線端子3的 引線部分變長，所以是在彎曲部4c、 4d、 4e處向內側彎曲。圖2是表示上述本實施方式的陀螺傳感器裝置的安裝例的圖。如該 圖2 (a)所示，若通過焊料53將本實施方式的陀螺傳感器1的引線端子 3連接到安裝基板51上的圖案電極52上，則可在使其檢測軸G相對於安裝基板51的安裝面的垂線V (鉛直方向)傾斜角度e的狀態下進行安裝。此外，在本實施方式的陀螺傳感器裝置1中，在從遠離底面的位置露出的引線端子3上設置彎曲部4c、 4d、 4e是基於以下原因。例如，如圖2 (b)所示，在具有從彎曲部4c到4e的長引線部分的 引線端子3的彎曲部4c、 4e之間，在不設置彎曲部4d的情況下，與具 有從彎曲部4a到4b的短引線部分的引線端子3相比，會附著大量的焊 料53。因此，焊料53的表面張力的平衡差在左右變大，存在引線部分短 的引線端子3從安裝面51浮起的可能。即，陀螺傳感器裝置1傾斜安裝， 因此傾斜角度可能產生錯誤。於是，在本實施方式的陀螺傳感器裝置1中，為了限制引線部分長 的引線端子3的焊料附著量，在該引線端子3的三處形成了彎曲部4c、 4d、 4e。通過這樣構成，由於可限制引線部分長的引線端子3的焊料附 著量。所以可防止安裝於安裝基板51上的陀螺傳感器裝置1的傾斜角度 產生錯誤。特別是在構成為引線部分長的引線端子3的高度與引線端子3的彎 曲部4a的高度位置相等時，由於能使左右引線端子3的焊料附著量相等， 所以更理想。再有，即使在長引線端子3的彎曲部4d的上側發生焊料附著，由於 該部分的引線端子3的面和圖案電極52完全不是對置的，所以該情況下， 不會產生使陀螺傳感器裝置1傾斜的表面張力。此外，陀螺傳感器裝置1由於其頂面和陀螺傳感器裝置1的安裝側 的面平行，所以可在使用部件安裝裝置來吸附陀螺傳感器裝置1的頂面 後，使陀螺傳感器裝置1相對於安裝基板51在垂直方向上移動來進行安 裝。這樣，陀螺傳感器裝置1在向安裝基板51上進行安裝時，以在多個 引線端子3上施加相等的力狀態、或在樹脂部2的底面上施加均等的力 的狀態，被按壓在安裝基板51上。因此，可將安裝基板51的安裝面和 陀螺傳感器裝置1的頂面的平行度保持得較高。即，在安裝基板51上安 裝的陀螺傳感器裝置1可在其檢測軸G和安裝基板51的安裝面的垂線的
角度0不產生錯誤的情況下安裝到安裝基板51上。此外，本實施方式的陀螺傳感器10構成為通過使陀螺傳感器10繞其長方向傾斜來使z軸與鉛直方向所構成的角為e。在如此構成時，在組 裝陀螺傳感器io來構成陀螺傳感器裝置1時，可實現裝置的薄型化。下面，對本實施方式的陀螺傳感器裝置中的引線端子和陀螺傳感器 的接合方法進行說明。圖3 (a)是表示在本實施方式的陀螺傳感器裝置1中使用的引線端 子單元的結構的圖，圖3 (b)是表示陀螺傳感器接合在引線端子單元上 的狀態的頂視圖，圖3 (c)是表示陀螺傳感器接合在引線端子單元上的 狀態的後視圖，圖3 (d)是表示將陀螺傳感器接合到引線端子上時的不 良情況的圖。如該圖3 U)所示，在本實施方式的陀螺傳感器裝置l中使用的引 線端子單元61具有多個引線端子3並且具有下墊板(die pad) 5。而且， 在本實施方式中，在連接陀螺傳感器10和引線端子3時，為了防止引線 端子彎曲，將引線端子3之間以及與緣部63之間用懸吊引線62連接起來。位於引線端子單元61的頂面的下墊板5和陀螺傳感器10通過例如 粘接劑而機械地連接。再有，可使用導電性粘接劑來作為粘接劑進一步 進行電連接。此外，引線端子單元61的各引線端子3與位於陀螺傳感器 10的底面上的電極端子8通過接合線或導電性粘接劑而電連接。這裡，例如在沒有引線端子3的懸吊引線62的情況下，如圖3 (d) 所示，在陀螺傳感器10安裝在引線端子單元61上時，有時引線端子3 彎曲，而使得陀螺傳感器10以下墊板5為軸轉動。其結果為，不能高精 度地將陀螺傳感器10安裝到引線端子3上，存在陀螺傳感器10的傾斜 角度產生錯誤的可能。與此相對，在本實施方式的陀螺傳感器裝置l中， 通過由懸吊引線62來固定引線端子3，抑制了引線端子3的彎曲，從而 能夠抑制陀螺傳感器10的轉動。由此，可提高本實施方式的陀螺傳感器裝置1的傾斜角度的精度。 再有，雖然在圖3 (a)所示的引線端子單元61中具有固定引線端子3的前端側的三根懸吊引線62，但用於固定引線端子3的前端側的懸吊引線62可以以下墊板5為分界而在對角位置上至少設置於兩處。這樣，可抑 制陀螺傳感器10在對角方向的轉動。再有，懸吊引線62在樹脂部2形 成後被切斷。接著，對第一實施方式的陀螺傳感器裝置的製造方法進行說明。 圖4是說明陀螺傳感器裝置的製造工序的流程圖。 首先，在步驟Sl中，在下墊板5或者陀螺傳感器10上塗抹粘接劑 (非導電性粘接劑、環氧類粘接劑)後，在下墊板5上放置陀螺傳感器 IO進行粘接。接著，在步驟S2中，通過引線接合法，在引線端子3和位於陀螺傳 感器10的底面上的電極端子8之間形成線進行接合布線。然後，在步驟S3中，進行利用樹脂來澆鑄陀螺傳感器10的模塑成 形。模塑成形通過在形成有型腔的上模具和下模具中以在型腔內容納陀 螺傳感器10的方式夾入引線端子3，然後在型腔內填充樹脂進行澆鑄的 所謂傳遞模塑法來進行。此時，露出於模製件之外的引線是伸直的狀態。 此外，引線端子3上形成有多個圖案以便能夠安裝多個陀螺傳感器10。在該工序中，首先，將上模具和下模具加熱到符合樹脂特性的預定 溫度並進行保持，然後通過以下模具的定位銷為位置基準等的方法，將 接合有陀螺傳感器10的引線端子3定位並安裝在下模具上。然後，將樹 脂片劑放入到下模具的推桿加料腔(plimgerpot)中，並以將引線端子3 夾入到與下模具之間的方式重疊上模具，並施加預定壓力來均勻地合模。 此時，處於上模具和下模具的各型腔內容納有陀螺傳感器10的狀態。接著，使推桿加料腔內的樹脂片劑預熱到預定溫度以使樹脂熔融， 以預定的相位、速度、溫度使推桿工作以將熔融樹脂從上模具和下模具 的澆口注入到型腔內。在型腔內填充樹脂後，保持一定時間使樹脂成形。 樹脂成形後，在打開模具夾具將上模具取下後，將因樹脂溢出而在型腔 周圍產生的樹脂的殘邊除去，並從下模具取出通過澆鑄樹脂成形的引線 端子3，然後在預定溫度的爐內乾燥預定時間。接下來，在步驟S4中，通過衝壓等，將引線端子3的引線端子的端
以及各引線之間的懸吊引線切斷而成為單片。然後，在步驟S5中，進行在從模製件露出的引線端子上鍍上Sn (錫)或焊料等接合金屬的端子塗 鍍。並且，從彎曲部4a、 4c來固定與樹脂部2之間，並將彎曲部4a、 4c 彎曲為預定形狀。然後，將彎曲部4b、 4d和樹脂部2之間固定，並使彎 曲部4b、 4d彎曲，從而得到陀螺傳感器裝置l (步驟S6)。另外，端子塗鍍也可在引線切斷前進行，而且也可在引線切斷後再 進行引線彎曲然後進行端子塗鍍。最後，實施特性檢查和外觀檢查等必要的檢查(步驟S7)，然後結 束本實施方式的陀螺傳感器裝置1的製造工序。通過如此構成，能夠提供一種以高生產率來製造將陀螺傳感器10的 檢測軸和樹脂部2頂面設定為希望的角度的本實施方式的陀螺傳感器裝 置1的製造方法。下面，在上述陀螺傳感器裝置1的製造方法中，按照附圖對模塑成 形所使用的模塑模具進行說明。圖13是說明構成模塑模具的上模具和下模具中的下模具110A的俯 視圖，圖14是用於說明模塑模具110的整體構成的、在下模具110A中 夾入引線框3並安裝了上模具110B的狀態下的沿圖13中的a—a線的剖面圖。模塑模具110由上模具110B和下模具110A構成。這裡，首先，為 了易懂地說明模塑模具110的樹脂注入路徑等的結構，根據圖13來說明 下模具110A的結構。下模具110A在由金屬等製成的下模具主體120上形成有多個凹部 (型腔)，這些多個凹部具有這樣的結構通過同樣作為凹部的連接通道 (澆口等)而分別連通並且串聯連接。下模具UOA上設有推桿加料腔115，該推桿加料腔115在形成於下 模具主體120的圓筒形的凹部內設置未圖示的推桿。推桿加料腔115的 側壁的一部分開放，從這裡作為連通通道延伸的槽狀的澆道116A與作為 長方體形凹部的第一型腔111A連接。在第一型腔111A的與推桿加料腔 115的接合部分的相反側設有第二型腔112，兩者之間用槽狀的澆口 113A
連通並連接。再有，在第二型腔112的與第一型腔111A的接合部分的相 反側延伸有澆口 114，該澆口 114同樣地與下一型腔連通並連接，但省略 了圖示。如上所述，推桿加料腔115和各型腔111A、 112及所需數量的 下一 型腔分別通過澆道116A和澆口 113A、1I4及所需數量的下一澆口而串聯連通並連接。再有，圖中用雙點劃線所示的長方形的區域表示樹脂密封時的引線 框放置位置3a。另一方面，上模具110B上形成有在與上述下模具110A重疊的面 的相同位置處具有同一形狀的開口部的推桿加料腔和多個型腔；以及將 它們連通起來的澆道和多個澆口。通過將該上模具110B和下模具110A 重疊並固定，形成了作為容器狀空間的推桿加料腔115和多個型腔，以 及將它們連通並串聯連接起來的成為樹脂連通通道的澆道和多個澆口。接下來，根據圖14，對於澆鑄作為傳感器設備而安裝有陀螺傳感器 10的引線框3時的狀態下的、由上模具110B和下模具110A而形成的模 塑模具110，特別以型腔的截面形狀為中心來詳細說明。如圖14所示，在下模具110A的下模具主體120上形成的作為凹部 的型腔111A的凹底部分161A形成為相對於在下模具110A上安裝了引 線框3時與引線框3平行的平行線170而傾斜了角度e。通過該凹底部分 161A,形成了陀螺傳感器裝置1的底面。從而，形成了這樣的陀螺傳感 器裝置h通過該下模具IIOA進行模塑成形而得的陀螺傳感器裝置1的法線和陀螺傳感器io的檢測軸g之間關係設定為希望的角度e。同樣地，圖14所示的在上模具110B的上模具主體130上形成的作 為凹部的型腔1UB的凹底部分161B形成為相對於在安裝有引線框3的 下模具110A上重疊和固定上模具110B時與引線框3平行的平行線270 而傾斜了角度9。通過該凹底部分161B,形成了陀螺傳感器裝置1的頂 面。從而，形成了這樣的陀螺傳感器裝置1:通過該上模具110B進行模 塑成形而得的陀螺傳感器裝置1的頂面的法線和陀螺傳感器10的檢測軸g之間關係設定為希望的角度e。在將安裝有陀螺傳感器10的引線框3夾入下模具110A和上模具 110B並固定(合模)時，通過下模具110A的型腔U1A和上模具110B 的型腔111B，形成了用於澆鑄傳感器設備10的一個型腔。此外，通過下模具110A的澆道116A和上模具110B的澆道116B， 構成了在從未圖示的推桿加料腔向上述一個型腔中填充熔融樹脂時成為 樹脂注入路徑的一個澆道。再有，由下模具110A的澆口 113A和上模具110B的澆口 113B形成 的一個澆口成為從上述一個型腔到下一型腔的樹脂注入路徑。還有，在本實施方式中，上模具110B的澆道116B和澆口 113B形 成為在厚度方向上比下模具110A的澆道116A和澆口 113A大。由此， 在向各型腔填充熔融樹脂時，上模具110B側的樹脂的流動變強。這是為 了在熔融樹脂注入時避免樹脂強烈碰撞通過接合線和金球形成的陀螺傳 感器10的接合部。不限於此，也可構成為將澆道和澆口避開陀螺傳感器 10的接合部而僅設置在上模具IIOB側。再有，各型腔111A、 111B的側壁部分形成為相對於與引線框3的 接觸面垂直或以相比於垂直成為銳角的角度向內側傾斜。這樣，在本實施方式的陀螺傳感器裝置1的製造方法中，在下模具 110A的下模具主體120上形成了具有凹底部分161A的作為凹部的型腔 111A，凹底部分161A形成為相對於在下模具110A上安裝了引線框3時 與引線框3平行的平行線170而傾斜角度0。此外，在上模具110B的上 模具主體130上形成了具有凹底部分161B的作為凹部的型腔111B，該 凹底部分161B形成為相對於在安裝有引線框3的下模具110A上重疊固 定上模具110B時與引線框3平行的平行線270而傾斜角度6。而且形成 為以下結構以在下模具IIOA和上模具110B的各型腔111A、 111B中 容納陀螺傳感器10的方式夾持並固定引線框3，通過將熔融的模塑用樹 脂填充到型腔111A、 111B中來進行成形，由此來形成陀螺傳感器裝置1。根據該結構，可製造模製外殼(樹脂部2)，其具有通過下模具110A 的凹底部分161A形成的底面，和通過上模具110B的凹底部分161B形 成的頂面。由此，可提供一種陀螺傳感器裝置，其具有響應相對於預定 檢測軸G的動作的傳感器；容納該傳感器的陀螺傳感器10;使該陀螺傳 感器10的端子和安裝基板導通的引線；固定陀螺傳感器10的模製件， 並且陀螺傳感器裝置的傳感器的檢測軸G和陀螺傳感器裝置的底面設定 為希望的角度。此外，可將陀螺傳感器的檢測軸G與陀螺傳感器裝置的底面和頂面 設定為希望角度的陀螺傳感器裝置的底面和頂面製造成相互平行。由此， 在將陀螺傳感器裝置安裝到安裝基板等上時，可通過例如安裝器來與通 常的晶片型電子部件同樣地進行拾取。此外，用於對陀螺傳感器裝置進 行包裝的託盤和環狀包裝材料(帶子)不需要為特殊形狀，能夠使用現 有的部件託盤和環狀包裝材料。因此，可製造能以高生產率進行安裝的 陀螺傳感器裝置。另外，在本實施方式中，使上模具110B的澆道116B和澆口 113B 形成為在厚度方向上比下模具110A的澆道116A和澆口 113A大。通過該結構，在向各型腔中填充熔融樹脂時，由於上模具110B側的 樹脂的流動變強，所以可減小樹脂對在下模具UOA側配置的陀螺傳感器 10的由接合線和金球形成的接合部的應力。這樣，可抑制接合線的切斷 和接合部的打開不良的發生。再有，在本實施方式中，構成為，下模具110A和上模具110B的各 型腔111A、 111B的側壁部分形成為相對於與引線框3的接觸面垂直或以 相比於垂直成為銳角的角度傾斜。由此，在模塑成形後取下下模具110A 及上模具110B時的拔模性變好，能夠提高作業性。圖5是表示第二實施方式的陀螺傳感器裝置的結構的圖。該圖5所示的陀螺傳感器裝置20也是以在其內部陀螺傳感器10的檢測軸G相對於安裝該陀螺傳感器裝置的安裝面的鉛直方向傾斜角度e的狀態，由樹脂部2密封。該情況下，也從樹脂部2的長方向兩側分別向外部引出多個引線端 子3，但該引線端子3在樹脂部2內的彎曲部6e、彎曲部6f和彎曲部6g 處彎曲，由此陀螺傳感器10相對於該陀螺傳感器裝置20的頂面傾斜角 度e。在如此構成的情況下，彎曲部6a和彎曲部6b之間的長度可與彎曲 部6c和彎曲部6d之間的長度大致相等。因此，在安裝在安裝基板51上
時可防止陀螺傳感器裝置20的傾斜角度產生錯誤。下面，簡單說明第二實施方式的陀螺傳感器裝置的製造方法。在該情況下，首先，進行衝壓以使引線端子3的彎曲部6e和6g相 對於引線框的一個面(所謂一個面是與陀螺傳感器10的接合側的面)為 凸，使彎曲部6f相對於上述面為凹。然後，在引線端子3的下墊板5或 陀螺傳感器10上塗抹粘接材料53 (非導電性粘接劑、環氧類粘接劑)， 之後將陀螺傳感器10放置在下墊板5上進行粘接。接著，通過引線接合法，例如，在引線端子3上放置金球9b，形成 以金球％為起點、以處於陀螺傳感器10的底面上的電極端子8為終點 的線9a。另外，也可以將金球9b放置於電極端子8上交換起點和終點。 在引線接合時，使用圖6所示的工具81。工具81具有使多個的各陀螺傳 感器10的頂面嵌入的形狀以便與引線端子3對應。這裡，工具的底面80 和引線端子3的整體構成角度e。因此，在嵌入了陀螺傳感器10的情況 F，陀螺傳感器10的底面和工具底面80平行。引線接合時，通過將工 具底面80朝下大致水平地放置，陀螺傳感器10的底面為大致水平，從 而可正確地進行引線接合。接著，用樹脂澆鑄陀螺傳感器10。此時，露出於模製件外的引線為 伸直的狀態。接下來，將引線端子3的端6h、 6i及各引線端子3之間的 懸吊引線切斷。然後，從引線彎曲部6b、 6d固定樹脂部2側的部位，並 使引線彎曲部6b、 6d彎曲。接著，將引線彎曲部6a、 6c和樹脂部2之 間固定，並使引線彎曲部6a、 6c彎曲。根據該結構，可提供一種製造方法，其能夠以高生產率來製造將陀 螺傳感器的檢測軸G和樹脂部2的頂面設定為希望的角度(與安裝陀螺 傳感器裝置的安裝面的鉛直方向所成的角度e)的陀螺傳感器裝置20。 此外，陀螺傳感器裝置20的頂面和安裝陀螺傳感器裝置20的面平行。圖7是表示第三實施方式的陀螺傳感器裝置的結構的圖。該圖7所示的陀螺傳感器裝置30也以在其內部陀螺傳感器10的檢 測軸G相對於安裝該陀螺傳感器裝置30的安裝面的鉛直方向傾斜角度e 的狀態，由樹脂部2密封。
在該情況下，也從樹脂部2的長方向兩側分別向外部引出多個引線端子3，但該引線端子3因樹脂部2內的彎曲部7e 71，而使長方向兩側 的引線端子3彎曲成臺階狀，由此，陀螺傳感器10配置成相對於該陀螺 傳感器裝置30的頂面傾斜角度e。在如此構成的情況下，彎曲部7a和彎 曲部7b之間的長度可以與彎曲部7c和彎曲部7d之間的長度大致相等。 因此，在安裝在安裝基板51上時，可防止陀螺傳感器裝置30的傾斜角 度產生錯誤。
此外，通過將陀螺傳感器10並列配置在引線端子3的上層側的臺階 部上，陀螺傳感器10能夠相對於該陀螺傳感器裝置30的頂面平行地配 置。即，僅通過改變配置陀螺傳感器10的臺階部位置就能夠製作陀螺傳 感器10的檢測軸G為鉛直方向的陀螺傳感器裝置、和從檢測軸G傾斜 希望角度e的陀螺傳感器裝置。
下面，說明第三實施方式的陀螺傳感器裝置的製造方法。 該情況下，進行衝壓以使引線端子3的彎曲部7e、 7g、 7j、 71為凸， 使彎曲部7f、 7h、 7i、 7k為凹。另外，雖然未圖示，但引線端子3在上 下左右的方向上連接有多個，從而具有嵌入多個陀螺傳感器10的底的形、、在處於陀螺傳感器10的底面上的電極端子8或引線端子的彎曲部 7g附近和7i附近塗抹焊料膏，在將該焊料膏加熱到熔點以上的溫度後， 回到常溫，由此來對電極端子8和引線進行機械連接和電連接。
接著，用樹脂澆鑄陀螺傳感器10。此時，露出到模製件外的引線為 伸直的狀態。然後，將引線端子3的前端部和各懸吊引線之間切斷。而 後，從彎曲部7b、 7d來固定樹脂部2側的部位，使彎曲部7b、 7d彎曲。 然後，將彎曲部7a、 7c和樹脂部2之間固定，並使彎曲部7a、 7c彎曲。 通過如此構成，可提供以高生產率來製造上述的陀螺傳感器裝置30的制 造方法。
下面，對在本實施方式的陀螺傳感器裝置上安裝的陀螺傳感器10進 行說明。
圖8是表示陀螺傳感器10的內部結構的剖面圖，圖9是表示在陀螺
傳感器10上設置的支撐基板的結構的圖。如該圖8所示，陀螺傳感器10具有水晶振動元件11作為檢測角速度的檢測元件。如圖9 (a)、 (b)所示，水晶振動元件11通過具有撓性 的作為支撐部件的線13機械連接和電連接在支撐基板12上。支撐基板 12通過粘接劑14連接在陶瓷外殼17的內部底面上。此外，在支撐基板 12的中央形成有開口部12a，從支撐基板12的背面側經該開口部12a而 在頂面側配置有線13。另外，在陶瓷外殼17的頂面，通過低熔點金屬等 密封部件19而接合有由金屬構成的蓋體16。由此，真空密封了陶瓷外殼 17的內部。再有，可使用玻璃蓋來作為蓋體16，該情況下，使用低熔點 玻璃等來作為密封部件19。從陶瓷外殼17的外部底面到側面形成有電極 端子8。電極端子8經在陶瓷外殼17上形成的未圖示的內部導體與水晶 振動元件ll連接。此外，圖9 (c)所示的六條線13中的作為主要支撐水晶振動元件 11的支撐部件的線13至少是在分別排列在中央的兩條線13。圖10 (a)是概要表示本實施方式的水晶振動元件11的俯視圖，圖 10 (b)是表示水晶振動元件ll的檢測振動模式的振動的俯視圖。該圖lO所示的水晶振動元件ll具有基部31;從基部31突出的一對 檢測振動片32a、 32b;從基部31突出的一對連接部33;以及在各連接 部33的前端設置的各驅動振動片34a、 34b、 34c、 34d。在各驅動振動片 34a、 34b、 34c、 34d的各主面上分別形成有細長的槽，各驅動振動片34a、 34b、 34c、 34d的橫截面形狀為大致H形。此外，在槽內形成有激勵電 極(驅動電極，下同)36。在各驅動振動片34a、 34b、 34c、 34d的各前 端分別設有大寬度部或重量部38a、 38b、 38c、 38d。在各檢測振動片32a、 32b的各主面上，分別形成有細長的槽，各檢測振動片32a、 32b的橫截 面形狀為大致H形。此外，在槽內形成有檢測電極37。在各檢測振動片 32a、 32b的各前端分別設有大寬度部或重量部35a、 35b。圖10 (a)表示驅動模式的振動。在驅動時，各驅動振動片34a、 34b、 34c、 34d分別以與連接部33連接的根部39為中心而如箭頭A那樣彎曲 振動。在該狀態下，使水晶振動元件11繞大致垂直於水晶振動元件11
的旋轉軸G以角速度w轉動。這時，如圖IO (b)所示，在重量部38a、 38b、 38c、 38d上向作為與彎曲振動的方向A和旋轉軸G兩者垂直的方 向的方向上施加了科裡奧利力F。其結果為，連接部33以與基部31連接 的根部33a為中心而如箭頭B那樣彎曲振動。各檢測振動片32a、 32b分 別通過其反作用而以基部31的根部40為中心如箭頭C那樣彎曲振動。 通過箭頭C的彎曲振動產生了壓電現象，使得檢測電極37的電位發生變 化。通過由未圖示的檢測電路檢測該電位的變化，來求出繞檢測軸(旋 轉軸)G的角速度co。這裡，在使水晶振動元件ll的+X軸/一X軸的晶 軸方向為箭頭A的方向，使水晶振動元件11的Z軸的晶軸方向與轉軸G 一致時，檢測效率高。此外，由這樣的結構的水晶振動元件ll所構成的檢測元件，由於旋 轉軸G的方向是水晶振動元件11的厚度方向，所以與採用了旋轉軸和檢 測振動片的延長方向一致的音叉振子的檢測元件相比，可將陀螺傳感器 IO構成為較薄。這裡，如圖8所示，安裝在陀螺傳感器10上的作為支撐部件的線 13的延長方向為X軸，使在水晶振動元件11的安裝面內相對於該X軸 正交的軸為Y軸，使與X軸和Y軸正交的軸為Z軸，如圖ll (a)、 (b) 所示，可以使陀螺傳感器10的傾斜方向與X軸方向一致。該情況下，在 圖11 (a)、 (b)所示的線Ba的共振頻率和線13b的共振頻率之間發生 頻率差，陀螺傳感器10的動作狀態可能會變得不穩定。艮卩，如圖11 (b)所示，在使線13a側較高、使線13b側較低以使檢 測軸G具有角度e的傾斜的情況下，相對於重力加速度的X軸分量的方 向，線13a的延長方向和線13b的延長方向為反向的關係。因此，線13a、 13b所受的加速度的影響(慣性力的方向)不同。例如，如圖ll (c)所 示，在使水晶振動元件11的共振頻率為fref，使水晶振動元件11水平時 的線13a、 13b的共振頻率為f0的情況下，在傾斜狀態下，由於重力加速 度的X軸分量的影響，線13a上產生拉伸力，另一方面，由於在線13b 上產生壓縮力，所以線13a的共振頻率fa升高，線13b的共振頻率fb降 低。因此，存在線13a和13b的共振頻率大不相同的情況。在線13a、 13b
的共振頻率大不相同的情況下，接近水晶振動元件ll的共振頻率，存在 發生共振能量的結合的可能性，並且水晶振動元件11的安裝狀態也容易 變得不穩定。
於是，在本實施方式中，如圖12 (a)、 (b)所示，陀螺傳感器10 (水 晶振動元件11)的傾斜方向是成為Y軸方向的方向，將陀螺傳感器10 安裝在陀螺傳感器裝置1上。即，當構成為將線13a和線13b配置成以 傾斜方向為中心軸對稱時，即使是在Y軸方向上施加加速度的情況下， 對於線13a、 13b，加速度產生同樣影響，所以如圖12 (c)所示，線13a、 13b的共振頻率不易發生頻率差。因此，例如存在易於進行頻率調整等管 理的優點。此外，由於線13a、 13b的延長方向和加速度方向(Y軸方向) 不一致，所以線13所受的加速度的影響小。因此，如圖12 (c)所示， 可使線13a、 13b的共振頻率的變化量小，從而具有不易發生共振能量的 結合的優點。
再有，如圖12 (a)所示，在構成為將線13a和線13b配置成以傾斜 方向為中心軸對稱，且線13a的延長方向和線13b的延長方向相對於傾 斜方向正交的情況下，即使在水平時Y軸方向的加速度的方向是反向 (G)，線13a、 13b的共振頻率的變化特性也大致相同，所以例如可在水平狀態下安裝本實施方式的陀螺傳感器。
此外，在具有這樣的結構的陀螺傳感器10的陀螺傳感器裝置中，由 於在車輛中以Y軸方向和車輛的加速度方向一致的方式組裝，所以即使 相對於車輛的前進方向的加速度，也可抑制線13a和13b的共振頻率的 變化特性對陀螺傳感器裝置的不良影響。
另外，線13可以是由與水晶振動元件11的基部31 —體化的水晶構成的引線狀支撐部件。
權利要求
1.一種慣性傳感器，其特徵在於，所述慣性傳感器具有對檢測軸方向的物理量的大小進行檢測的檢測元件；支撐所述檢測元件的大致中央的具有撓性的多個支撐部件；以及容納所述檢測元件和所述支撐部件的封裝用基板，在將所述多個支撐部件的延長方向設為X軸、將在所述檢測元件的平面內與X軸正交的軸設為Y軸、將與所述X軸和所述Y軸正交的軸設為Z軸時，施加在所述支撐部件上的所述檢測元件的Y軸方向的載荷分量在所述多個支撐部件之間大致相同，而且所述Z軸方向的載荷分量在所述多個支撐部件之間大致相同。
2. 根據權利要求1所述的慣性傳感器，其特徵在於，所述檢測元件的檢測角速度的檢測軸在所述z軸方向上，而且所述z 軸和鉛直方向所構成的角為e，合成了所述Y軸方向的載荷分量和所述Z軸方向的載荷分量的載荷分量至少是基於重力加速度的載荷分量。
3. 根據權利要求2所述的慣性傳感器，其特徵在於，所述慣性傳感器構成為通過使該慣性傳感器的短方向傾斜來使所述z軸和所述鉛直方向所構成的角度為e。
4. 一種慣性傳感器裝置，其特徵在於，所述慣性傳感器裝置具有 權利要求1至3中的任一項所述的的慣性傳感器； 與該慣性傳感器電連接的多個引線端子；以及 容納所述慣性傳感器的模製外殼。
5. 根據權利要求4所述的慣性傳感器裝置，其特徵在於， 所述模製外殼構成為具有從該模製外殼的一部分向所述模製外殼的底面方向延伸的引線端子；和從所述模製外殼的與所述一部分對置的 一部分向所述模製外殼的底面方向延伸的、比所述引線端子長的引線端 子，所述長引線端子朝向所述模製外殼側具有多個彎曲部。
6. —種慣性傳感器裝置的製造方法，所述慣性傳感器裝置具有與安 裝基板進行電連接的多個導線端子，所述慣性傳感器裝置是通過模塑方 法利用樹脂對由所述多個引線端子構成的引線框和傳感器設備進行澆鑄 而形成的裝置，所述傳感器設備根據所述引線框的形狀來確定設置角度， 而且包括響應相對於檢測軸的動作的傳感器，其特徵在於，在將所述傳感器設備接合到所述引線框上之後，將分別形成有凹部 的下模具和上模具以在所述凹部形成面之間夾著所述引線框的方式重疊 起來，在由此劃分而成的型腔內容納所述傳感器設備，然後在所述型腔 內填充樹脂進行成形，在這種模塑方法中使用由所述下模具和所述上模 具構成的模塑模具，在所述下模具和所述上模具中以下述方式形成有所 述凹部所述型腔的與所述引線框相對的頂面和底面分別形成為相對於 所述引線框的兩個主面傾斜，而且該頂面和底面平行。
7. 根據權利要求6所述的慣性傳感器裝置的製造方法，其特徵在於， 使用如下形成的所述模塑模具所述型腔的與所述引線框相對的頂面和底面相對於所述引線框的兩個主面以與所述傳感器設備的所述設置 角度相同的角度傾斜。
全文摘要
本發明提供一種慣性傳感器、慣性傳感器裝置及其製造方法。慣性傳感器能夠在不使檢測元件的檢測性能惡化的情況下將檢測軸設定為預定角度。慣性傳感器具有與安裝基板電連接的多個引線；陀螺傳感器(10)，其根據由上述多個引線構成的引線端子(20)的形狀來確定設置角度，而且包括響應相對於檢測軸(70)的動作的傳感器；以及模製件，其固定陀螺傳感器(10)，並使模製外殼的底面(61)的垂線和檢測軸(70)構成預定角度。
文檔編號G01C19/56GK101126646SQ200710140340
公開日2008年2月20日 申請日期2007年8月9日 優先權日2006年8月9日
發明者佐藤健二, 松永雅敬 申請人:愛普生拓優科夢株式會社