JP2014048107A - 物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物理量検出素子の向きを容易に変更してハンドリングする。
【解決手段】検出軸を有する角速度センサ１００と、検出軸と直交する搭載面に角速度センサ１００を搭載する基板１０と、角速度センサ１００を収容する中空部を有し、基板１０の搭載面上に固定されて角速度センサ１００を封止する蓋部材３０と、基板１０の搭載面側とは反対側の裏面と接触して、基板１０を傾斜させて支持する支持部材５０とを備える。支持部材５０は、基板１０の裏面に接触する傾斜面５１、および、この傾斜面５１と交差するように延びて傾斜面５１と対向する実装面５２を含む。蓋部材３０は、角速度センサ１００を封止した状態において、基板１０の搭載面と平行な第１面部３１、および、支持部材５０の実装面５２と平行な第２面部３２を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量検出装置に関し、特に、傾斜面に実装される物理量検出装置に関する。

傾斜した状態で設置され得る外力検知装置の構成を開示した先行文献として、特開２００９−４１９６２号公報(特許文献１)がある。

特許文献１に記載された外力検知装置においては、半導体基板で形成された外力検知素子と、外力検知素子と電気的に接続された電子回路と、外力検知素子と電子回路とが実装され、傾斜面を有する部分を含む実装領域とを備える。外力検知装置に含まれる外力検知素子は、最大感度となる方向に延びる検知軸を有している。実装前の外力検知装置において、外力検知装置を実装した際に検知軸が所望の方向に延びるように、外力検知素子を予め傾斜させて配置している。

特開２００９−４１９６２号公報

外力検知装置である物理量検出装置では、実装前に物理量検出素子の検出感度の調整を行なう。この検出感度の調整時における検出軸が延びる所望の方向と、実装時における検出軸が延びる所望の方向とは異なることがある。

物理量検出素子は実装前に封止されており、検出軸の軸方向を所望の方向にするために封止後の物理量検出素子の向きを変更してハンドリングすることは容易ではなかった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、物理量検出素子の向きを容易に変更してハンドリングできる物理量検出装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく物理量検出装置は、検出軸を有する物理量検出素子と、検出軸と直交する搭載面に物理量検出素子を搭載する基板と、物理量検出素子を収容する中空部を有し、基板の搭載面上に固定されて物理量検出素子を封止する蓋部材と、基板の搭載面側とは反対側の裏面と接触して、基板を傾斜させて支持する支持部材とを備える。支持部材は、基板の裏面に接触する傾斜面、および、この傾斜面と交差するように延びて傾斜面と対向する実装面を含む。蓋部材は、物理量検出素子を封止した状態において、基板の搭載面と平行な第１面部、および、支持部材の実装面と平行な第２面部を含む。

本発明の一形態においては、物理量検出装置は、物理量検出素子とともに中空部内に収容されて基板に搭載されるＩＣ(Integrated Circuit)素子をさらに備える。

本発明の一形態においては、蓋部材がプレス成型された板金からなる。
本発明の一形態においては、蓋部材が樹脂成型品である。

本発明の一形態においては、物理量検出素子がジャイロセンサである。

本発明によれば、物理量検出素子の向きを容易に変更してハンドリングできる。

本発明の一実施形態に係る物理量検出装置の構成を示す断面図である。 図１の物理量検出装置を矢印ＩＩ方向から見た図である。 角速度センサ素子の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とが一致した状態を示す模式図である。 角速度センサ素子の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とがずれた状態を示す模式図である。 角速度センサ素子の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とのずれと、角速度センサ素子の検出感度との関係を示すグラフである。 角速度センサ素子の検出感度の調整を行なう際の状態を示す断面図である。 角速度センサを実装する際の状態を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る物理量検出装置について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。以下の実施形態においては、物理量検出装置として角速度センサについて説明するが、物理量検出装置は角速度センサに限られず、たとえば、加速度センサまたは角加速度センサなどでもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る物理量検出装置の構成を示す断面図である。図２は、図１の物理量検出装置を矢印ＩＩ方向から見た図である。

図１，２に示すように、本発明の一実施形態に係る物理量検出装置である角速度センサ１００は、検出軸を有する物理量検出素子である角速度センサ素子２０を備える。検出軸は、角速度センサ素子２０が最大感度となる方向に延びている。

また、角速度センサ１００は、角速度センサ素子２０を搭載面に搭載する基板１０と、角速度センサ素子２０と並ぶように基板１０の搭載面に搭載されるＩＣ素子９０と、角速度センサ素子２０およびＩＣ素子９０を収容して封止する蓋部材３０とを備える。さらに、角速度センサ１００は、基板１０を傾斜させて支持する支持部材５０を備える。

本実施形態の角速度センサ１００は、振動型ジャイロセンサである。基板１０は、たとえばアルミナなどのセラミックスからなる平板状の絶縁性基板である。基板１０の表面は、角速度センサ素子２０を搭載する搭載面である。この搭載面は、角速度センサ素子２０の検出軸と直交している。

基板１０の表面側には、図示しない電極部が設けられている。基板１０の裏面側には、基板１０に設けられた図示しないコンタクトにより表面側の電極部と電気的に接続された裏面電極１１が配置されている。

本実施形態に係る角速度センサ素子２０は、いわゆるＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)構造を有し、静電駆動／容量検出型で、かつ共振型のものである。角速度センサ素子２０は、検出軸を回転中心軸とした回転角速度に応じた出力信号(容量変化)を出力する。角速度センサ素子２０は、Ａｕワイヤ４０によって基板１０の表面側の電極部と電気的に接続されている。

ＩＣ素子９０は、角速度センサ素子２０との信号の入出力機能および角速度センサ素子２０の補正機能を有するＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)である。ＩＣ素子９０は、Ａｕワイヤ４１によって基板１０の表面側の電極部と電気的に接続されている。

角速度センサ素子２０とＩＣ素子９０とは、基板１０の表面側の電極部を介して電気的に接続されている。ＩＣ素子９０は、角速度センサ素子２０が出力した回転角速度の信号を受けて、その信号を必要に応じて補正しつつ裏面電極１１を介して外部に出力する。

蓋部材３０は、角速度センサ素子２０およびＩＣ素子９０を収容する中空部を有している。蓋部材３０の端縁部３３が基板１０の搭載面上に接着剤などによって固定されることにより、角速度センサ素子２０およびＩＣ素子９０が封止される。蓋部材３０の端縁部３３は、額縁状の形状を有している。

蓋部材３０は、端縁部３３と繋がった周面部３４と、周面部３４の端縁部３３側とは反対側に位置して周面部３４の一方端を塞ぐ第１面部３１および第２面部３２を含む。

周面部３４は、端縁部３３側から離れるにしたがって互いに対向する周面部３４同士の間の距離が短くなるテーパ形状を有している。本実施形態においては、周面部３４は、平面視にて略四角形状の外形を有している。

第１面部３１および第２面部３２の各々は、矩形状の外形を有している。第１面部３１は、蓋部材３０の端縁部３３が位置する平面と平行に位置している。よって、第１面部３１は、角速度センサ素子２０を蓋部材３０で封止した状態において、基板１０の搭載面と平行である。

図１に示すように、第１面部３１と第２面部３２とは、１８０−θ°の角度で交差している。この角度θ°は、後述するように支持部材５０により支持された基板１０の傾斜角度である。

本実施形態においては、蓋部材３０は、プレス成型(しぼり加工)された板金からなる。ただし、蓋部材３０は、樹脂成型品であってもよい。蓋部材３０をプレス成型品または樹脂成型品で構成することにより、複雑な形状の蓋部材３０を短時間で容易に大量に製造できる。

支持部材５０は、略三角柱状の形状を有し、基板１０の裏面に接触する傾斜面５１、および、傾斜面５１と交差するように延びて傾斜面５１と対向する実装面５２を含む。傾斜面５１と実装面５２とは、θ°の角度で交差している。

この角度θ°は、たとえば、角速度センサ１００を内蔵するカーナビゲーションが設置される、自動車のダッシュボード上の傾斜に対応して決定される。すなわち、傾斜したダッシュボード上に角速度センサ１００を内蔵するカーナビゲーションを設置した際に、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向が所望の方向となるように角度θ°を決定する。

支持部材５０には、傾斜面５１において基板１０の裏面電極１１と接触する位置から実装面５２まで繋がる貫通孔が設けられている。この貫通孔は、導電性部材６０で充填されている。導電性部材６０は、角速度センサ素子２０が出力した回転角速度の信号を外部に出力するための部材である。たとえば、導電性部材６０は、角速度センサ１００を内蔵するカーナビゲーションの制御部に電気的に接続される。

本実施形態においては、支持部材５０は、樹脂成型品からなる。支持部材５０の傾斜面５１と基板１０の裏面とは、接着剤で接着されている。裏面電極１１と導電性部材６０とは、半田などにより接着されている。

支持部材５０により基板１０を傾斜させて支持することにより、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向は、実装面５２に直交する方向に対して角度θ°傾いている。よって、支持部材５０で基板１０を支持した状態において、蓋部材３０の第２面部３２は、支持部材５０の実装面５２と平行である。

以下、上記の構成を有する角速度センサ１００の製造方法について説明する。まず、基板１０の搭載面にダイボンド材(接着剤)を塗布して、角速度センサ素子２０およびＩＣ素子９０をダイボンドする。

次に、角速度センサ素子２０と基板１０の表面側の電極部とがＡｕワイヤ４０により電気的に接続されるように、ワイヤボンディングする。同様に、ＩＣ素子９０と基板１０の表面側の電極部とがＡｕワイヤ４１により電気的に接続されるように、ワイヤボンディングする。

この後、ＩＣ素子９０を用いて角速度センサ素子２０の検出感度の調整を行なうが、角速度センサ素子２０およびＩＣ素子９０には、埃などの付着または吸湿などにより性能低下の恐れがあるため、角速度センサ素子２０およびＩＣ素子９０を蓋部材３０により封止した後で角速度センサ素子２０の検出感度の調整を行なう。

よって、まず、蓋部材３０の中空部内に角速度センサ素子２０およびＩＣ素子９０を収容するように基板１０と蓋部材３０とを位置合わせして、蓋部材３０を基板１０の搭載面に接着固定する。

この後、導電性部材６０が充填された支持部材５０を基板１０の裏面に接着するが、角速度センサ素子２０の検出感度の調整は、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とが一致した状態でなければ高精度に行なうことができない。

ここで、角速度センサ素子２０の検出感度の調整において、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向との関係について説明する。

図３は、角速度センサ素子の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とが一致した状態を示す模式図である。図４は、角速度センサ素子の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とがずれた状態を示す模式図である。

図５は、角速度センサ素子の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とのずれと、角速度センサ素子の検出感度との関係を示すグラフである。図５においては、縦軸に角速度センサ素子の検出感度、横軸に角速度センサ素子の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とのずれ(α°)を示している。

角速度センサ素子２０の検出感度とは、角速度センサ素子２０に角速度が印加されたときのジャイロ出力の変動を示す指標である。図３に示すように角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とが一致しているとき、所定のジャイロ出力が発生する。図４に示すように角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とがα°ずれているとき、発生するジャイロ出力が減衰する。このジャイロ出力の減衰が、角速度センサ素子２０の検出感度の低下となる。

図５においては、発生したジャイロ出力を上記所定のジャイロ出力で除した値を検出感度として示している。図５に示すように、角速度センサ素子２０の検出感度は、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とのずれ(α°)が大きくなるに従って低くなる、いわゆるコサインカーブの関係を有する。

よって、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とがずれている場合、そのずれ(α°)の大きさに対応した検出感度の低下を補うように、ＩＣ素子９０により角速度センサ素子２０の検出感度を補正する。

しかし、製造される複数の角速度センサ１００の各々における角速度センサ素子２０のずれ(α°)は、組立誤差などによりばらつきを有している。このばらつきにより、角速度センサ素子２０の検出感度にばらつきが生じる。この検出感度のばらつきの大きさは、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とが一致した状態に比べて、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とがずれた状態の方が大きく現れる。

すなわち、組立誤差などによるばらつきの影響は、角速度センサ素子２０のずれ(α°)が大きいほど、角速度センサ素子２０の検出感度に大きく現れる。

よって、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とがずれた状態で角速度センサ素子２０の検出感度を調整した場合、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とが一致した状態で角速度センサ素子２０の検出感度を調整した場合と比較して、検出感度の調整精度が低下する。

そのため、角速度センサ素子２０の検出感度を調整する際には、角速度センサ素子２０の検出軸の軸方向と回転軸の軸方向とを一致させることが重要である。

そこで、本実施形態の角速度センサ１００の製造方法においては、支持部材５０を基板１０の裏面に接着する前に、角速度センサ素子２０の検出感度の調整を行なう。

図６は、角速度センサ素子の検出感度の調整を行なう際の状態を示す断面図である。図６に示すように、基板１０を水平に位置させた状態で、角速度センサ素子２０の検出感度の調整を行なう。

角速度センサを調整装置に投入するまたは調整装置から排出する際の角速度センサのハンドリングは、蓋部材３０の第１面部３１を吸着ノズル７０で吸着させて保持することにより行なわれる。蓋部材３０の第１面部３１は、基板１０の搭載面と平行であるため水平に位置し、角速度センサの上方に設けられた吸着ノズル７０により容易に角速度センサを吸着保持することができる。

角速度センサ素子２０の検出感度の調整後、導電性部材６０が充填された支持部材５０を基板１０の裏面に接着する。このようにして、角速度センサ１００が製造される。製造された角速度センサ１００は、カーナビゲーションの内部に実装される。

図７は、角速度センサを実装する際の状態を示す断面図である。図７に示すように、支持部材５０の実装面５２を水平に位置させた状態で、角速度センサ１００を実装する。

角速度センサ１００を実装する際の角速度センサ１００のハンドリングは、蓋部材３０の第２面部３２を吸着ノズル８０で吸着させて保持することにより行なわれる。蓋部材３０の第２面部３２は、支持部材５０の実装面５２と平行であるため水平に位置し、角速度センサ１００の上方に設けられた吸着ノズル８０により容易に角速度センサ１００を吸着保持することができる。

このように、本実施形態に係る角速度センサ１００においては、蓋部材３０の第１面部３１または第２面部３２を択一的に吸着保持することにより、角速度センサ素子２０の向きを変更して容易にハンドリングできる。

また、基板１０に蓋部材３０および支持部材５０を接着固定する簡易な構造であるため、角速度センサ１００の組み立てが容易であり、角速度センサ１００の小型化を図れる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 基板、１１ 裏面電極、２０ 角速度センサ素子、３０ 蓋部材、３１ 第１面部、３２ 第２面部、３３ 端縁部、３４ 周面部、４０，４１ ワイヤ、５０ 支持部材、５１ 傾斜面、５２ 実装面、６０ 導電性部材、７０，８０ 吸着ノズル、９０ ＩＣ素子、１００ 角速度センサ。

Claims (5)

1. 検出軸を有する物理量検出素子と、
   前記検出軸と直交する搭載面に前記物理量検出素子を搭載する基板と、
   前記物理量検出素子を収容する中空部を有し、前記基板の前記搭載面上に固定されて前記物理量検出素子を封止する蓋部材と、
   前記基板の前記搭載面側とは反対側の裏面と接触して、前記基板を傾斜させて支持する支持部材と
   を備え、
   前記支持部材は、前記基板の前記裏面に接触する傾斜面、および、該傾斜面と交差するように延びて前記傾斜面と対向する実装面を含み、
   前記蓋部材は、前記物理量検出素子を封止した状態において、前記基板の前記搭載面と平行な第１面部、および、前記支持部材の前記実装面と平行な第２面部を含む、物理量検出装置。
2. 前記物理量検出素子とともに前記中空部内に収容されて前記基板に搭載されるＩＣ素子をさらに備える、請求項１に記載の物理量検出装置。
3. 前記蓋部材がプレス成型された板金からなる、請求項１または２に記載の物理量検出装置。
4. 前記蓋部材が樹脂成型品である、請求項１または２に記載の物理量検出装置。
5. 前記物理量検出素子がジャイロセンサである、請求項１から４のいずれかに記載の物理量検出装置。

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