JP2021067630A

JP2021067630A - 慣性計測装置、電子機器および移動体

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Publication number: JP2021067630A
Application number: JP2019195075A
Authority: JP
Inventors: 諒平小澤; Ryohei Ozawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-04-30
Also published as: US20210123947A1; CN112797969B; CN112797969A

Abstract

【課題】安定した検出特性を発揮することのできる慣性計測装置、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】慣性計測装置は、基板と、前記基板の第１面に配置されている慣性センサーと、前記慣性センサーを覆い、前記基板に接合されている蓋と、前記基板に配置され、実装対象物に接合される端子と、を有し、前記基板の厚さ方向からの平面視で、前記慣性センサーは、前記端子と前記基板との接続部分である端子接続部と重ならず、かつ、前記端子接続部よりも前記基板の中央側に位置している。【選択図】図１

Description

本発明は、慣性計測装置、電子機器および移動体に関するものである。

特許文献１には、基板と、基板の上面に設けられている慣性センサーと、慣性センサーを覆い、基板の上面に接合されている保護基板と、基板の下面に配置され、基板を貫通する貫通電極を介して慣性センサーと電気的に接続されている配線部と、配線部に設けられている端子としての電極部と、を有するセンサー装置が記載されている。

特開２０１６−１３８７７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているセンサー装置では、電極部と慣性センサーとが平面視で重なっているため、すなわち、電極部の直上に慣性センサーが位置しているため、応力が電極部を介して慣性センサーに伝わり易い。そのため、当該応力によって慣性センサーの特性が悪化し易いといった問題がある。

本発明の一態様は、基板と、
前記基板の第１面に配置されている慣性センサーと、
前記慣性センサーを覆い、前記基板に接合されている蓋と、
前記基板に配置され、実装対象物に接合される端子と、を有し、
前記基板の厚さ方向からの平面視で、前記慣性センサーは、前記端子と前記基板との接続部分である端子接続部と重ならず、かつ、前記端子接続部よりも前記基板の中央側に位置していることを特徴とする慣性計測装置である。

本発明の一態様では、前記基板は、前記平面視で、前記慣性センサーと前記端子接続部との間に配置されている溝を有することが好ましい。

本発明の一態様では、前記溝は、前記平面視で、前記慣性センサーを囲む枠状であることが好ましい。

本発明の一態様では、前記溝は、前記第１面に開口していることが好ましい。

本発明の一態様では、前記端子は、前記第１面と反対側の第２面に配置され、
前記溝は、前記第２面に開口していることが好ましい。

本発明の一態様では、前記端子は、前記第１面と反対側の第２面に配置され、
前記溝は、前記第１面に開口している第１溝と、前記第２面に開口している第２溝と、を有することが好ましい。

本発明の一態様では、前記基板と前記蓋との接合部分である蓋接合部は、前記平面視で、前記端子接続部と前記慣性センサーとの間に位置していることが好ましい。

本発明の一態様では、前記溝は、前記平面視で、前記蓋接合部よりも前記基板の中央側に位置していることが好ましい。

本発明の一態様では、前記基板は、前記平面視で、前記慣性センサーと前記端子接続部との間からずれて配置され、前記基板を厚さ方向に貫通する貫通孔を有することが好ましい。

本発明の一態様では、前記蓋は、定電位であることが好ましい。

本発明の一態様では、前記端子は、前記基板から延出するリードであることが好ましい。

本発明の一態様は、上述の慣性計測装置と、
前記慣性計測装置の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする電子機器である。

本発明の一態様は、上述の慣性計測装置と、
前記慣性計測装置の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする移動体である。

第１実施形態に係る慣性計測装置を示す平面図である。図１中のＡ−Ａ線断面図である。図１に示す慣性計測装置の変形例を示す平面図である。第２実施形態に係る慣性計測装置を示す断面図である。第３実施形態に係る慣性計測装置を示す平面図である。図５中のＢ−Ｂ線断面図である。第４実施形態に係る慣性計測装置を示す平面図である。第５実施形態に係るスマートフォンを示す斜視図である。第６実施形態に係る移動体を示す斜視図である。

以下、本発明の一態様の慣性計測装置、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る慣性計測装置を示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示す慣性計測装置の変形例を示す平面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示している。Ｘ軸と平行な方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸と平行な方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸と平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。

慣性計測装置１は、互いに表裏関係にある第１面としての上面２１および第２面としての下面２２を有する基板２と、基板２の上面２１に配置されている４つの慣性センサー３、４、５、６および回路素子７と、これらを覆い、基板２の上面２１に接合されている蓋８と、基板２の下面２２に配置され、基板２から延出している端子としての複数のリード９と、を有する。このような慣性計測装置１は、図２に示すように、複数のリード９を介して実装対象物Ｑに実装され、実装された状態では、基板２が実装対象物Ｑから浮遊している。つまり、実装対象物Ｑと基板２との間にはギャップＧ１が形成されている。これにより、実装対象物Ｑから基板２に応力が伝わり難くなり、慣性計測装置１の特性が安定する。

基板２は、Ｚ軸方向からの平面視で、略正方形である。このような基板２は、慣性センサー３、４、５、６、回路素子７および複数のリード９を支持すると共に、慣性センサー３、４、５、６、回路素子７および複数のリード９を電気的に接続する。基板２は、プリント基板であり、例えば、エポキシ基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板等を用いることができる。基板２に形成されている配線は、図１および図２に示すように、下面２２に配置され、リード９と電気的に接続されている端子２３と、上面２１に配置され、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７と電気的に接続されている端子２４と、これら端子２３、２４を電気的に接続する図示しない内部配線と、を有し、当該配線を介して、慣性センサー３、４、５、６、回路素子７および複数のリード９を電気的に接続している。

慣性センサー３、４、５、６のうち、慣性センサー３は、Ｘ軸まわりの角速度を検出するＸ軸角速度センサーであり、慣性センサー４は、Ｙ軸まわりの角速度を検出するＹ軸角速度センサーであり、慣性センサー５は、Ｚ軸まわりの角速度を検出するＺ軸角速度センサーであり、慣性センサー６は、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度およびＺ軸方向の加速度をそれぞれ独立して検出する３軸加速度センサーである。つまり、本実施形態の慣性計測装置１は、６軸複合センサーである。ただし、慣性計測装置１の構成としては、これに限定されず、慣性センサー３、４、５、６の少なくとも１つを省略してもよいし、別の電子部品を追加してもよい。

次に、慣性センサー３、４、５について説明する。慣性センサー３、４、５は、互いに同じ構成であり、その姿勢がそれぞれの検出軸に対応するように、互いに９０°傾いて配置されている。

図１に示すように、慣性センサー３は、パッケージ３１と、パッケージ３１に収納されているセンサー素子３４と、を有する。同様に、慣性センサー４は、パッケージ４１と、パッケージ４１に収納されているセンサー素子４４と、を有し、慣性センサー５は、パッケージ５１と、パッケージ５１に収納されているセンサー素子５４と、を有する。センサー素子３４、４４、５４は、例えば、駆動腕と検出腕とを有する水晶振動素子である。駆動腕を駆動振動させている状態で角速度が加わると、コリオリの力によって検出腕に検出振動が励振され、この検出振動により検出腕に発生する電荷に基づいて角速度を求めることができる。このような慣性センサー３、４、５は、図示しない半田を介して基板２の上面２１に接合されていると共に端子２４と電気的に接続されている。

なお、慣性センサー３、４、５の構成は、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。例えば、センサー素子３４、４４、５４は、水晶振動素子に限定されず、例えば、シリコン構造体であり、静電容量の変化に基づいて角速度を検出する構成であってもよい。また、本実施形態では、慣性センサー３、４、５が互いに同じ構成であるが、これに限定されず、少なくとも１つが他と異なる構成であってもよい。また、慣性センサー３は、Ｘ軸まわりの角速度だけでなく、Ｘ軸に加え、Ｙ軸およびＺ軸等、他の軸まわりの角速度も検出できる構成であってもよい。例えば、慣性センサー３が、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度を検出できる構成の場合は、慣性センサー４を省略することができ、慣性センサー３が、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸まわりの角速度を検出できる構成の場合は、慣性センサー４および慣性センサー５を省略することができる。

慣性センサー６は、パッケージ６１と、パッケージ６１に収納されている３つのセンサー素子６４、６５、６６と、を有する。センサー素子６４は、Ｘ軸方向の加速度を検出する素子であり、センサー素子６５は、Ｙ軸方向の加速度を検出する素子であり、センサー素子６６は、Ｚ軸方向の加速度を検出する素子である。センサー素子６４、６５、６６は、固定電極と、固定電極との間に静電容量を形成し、検出軸方向の加速度を受けると固定電極に対して変位する可動電極と、を有するシリコン構造体である。この場合、センサー素子６４の静電容量の変化に基づいてＸ軸方向の加速度を検出することができ、センサー素子６５の静電容量の変化に基づいてＹ軸方向の加速度を検出することができ、センサー素子６６の静電容量の変化に基づいてＺ軸方向の加速度を検出することができる。このような慣性センサー６は、図示しない半田を介して基板２の上面２１に接合されていると共に端子２４と電気的に接続されている。

なお、慣性センサー６の構成としては、その機能を発揮することができれば特に限定されない。例えば、センサー素子６４、６５、６６は、シリコン構造体に限定されず、例えば、水晶振動素子であり、振動により生じる電荷に基づいて加速度を検出する構成であってもよい。また、センサー素子６４、６５、６６をそれぞれ別のパッケージに分けて収納してもよい。

回路素子７は、慣性センサー３を駆動し、慣性センサー３に加わるＸ軸まわりの角速度を検出する駆動／検出回路と、慣性センサー４を駆動し、慣性センサー４に加わるＹ軸まわりの角速度を検出する駆動／検出回路と、慣性センサー５を駆動し、慣性センサー５に加わるＺ軸まわりの角速度を検出する駆動／検出回路と、慣性センサー６を駆動し、慣性センサー６に加わるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の加速度を検出する駆動／検出回路と、を有する。このような回路素子７は、図示しない半田を介して基板２の上面２１に接合されていると共に端子２４と電気的に接続されている。

次に、蓋８について説明する。図１および図２に示すように、蓋８は、下面に開口する凹部８１を有し、この凹部８１内に、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７を収納した状態で、基板２の上面２１に半田Ｈを介して接合されている。また、蓋８は、導電性を有しており、半田Ｈを介して端子２４と電気的に接続されている。慣性計測装置１の駆動時、蓋８は、端子２４を介して定電位、本実施形態ではグランドに接続される。これにより、蓋８が外乱を遮断するシールドとして機能し、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７の特性が安定する。なお、蓋８の構成材料としては、特に限定されず、各種金属材料を用いることができる。本実施形態では、蓋８は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）から構成されているが、アルミニウム、銅、その他の金属材料であってもよい。

図１に示すように、蓋８は、Ｚ軸方向からの平面視で、基板２より若干小さい略正方形をなし、その各辺の長手方向中央部、すなわち、４つの側壁のそれぞれの下部が半田Ｈを介して基板２の上面２１に接合されている。つまり、蓋８は、その下面の全周が基板２に接合されているのではなく、接合されていない部分を有する。この基板２と接合されていない部分、特に各角部、すなわち、隣接する側壁同士の交差部下端は、基板２の上面２１から離間している。つまり、蓋８の下面の各角部では、蓋８と基板２との間に隙間が形成されている。これにより、蓋８内が密閉されることなくその内外が連通するため、蓋８内に熱がこもり難くなる。そのため、例えば、半田リフローによって慣性計測装置１を実装対象物Ｑに実装する際に生じる熱が慣性計測装置１内にこもり難くなり、慣性計測装置１の熱ダメージを低減することができる。

次に、複数のリード９について説明する。図１に示すように、複数のリード９は、それぞれ、基板２の下面２２の外縁部に図示しない半田を介して接合されていると共に端子２３と電気的に接続されている。また、複数のリード９は、基板２の外縁部の全周にわたって配置されている。つまり、複数のリード９は、基板２の第１外縁部２ａの長手方向に沿って所定間隔で離間して配置されている複数のリード９ａと、基板２の第２外縁部２ｂの長手方向に沿って所定間隔で離間して配置されている複数のリード９ｂと、基板２の第３外縁部２ｃの長手方向に沿って所定間隔で離間して配置されている複数のリード９ｃと、基板２の第４外縁部２ｄの長手方向に沿って所定間隔で離間して配置されている複数のリード９ｄと、を有する。ただし、リード９の配置としては、特に限定されない。

また、図２に示すように、複数のリード９は、それぞれ、基板２の外縁部から基板２の外側に向けて延出し、かつ、その途中で下側すなわちＺ軸方向マイナス側に向けて屈曲している。リード９をこのような形状とすることにより、リード９を介して慣性計測装置１を実装対象物Ｑに実装した際に、基板２を実装対象物Ｑの上面から上方へ離間して設置することが容易となる。

以上、慣性計測装置１の基本構成について簡単に説明した。以下、各部の配置について詳細に説明する。図１に示すように、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７は、Ｚ軸方向からの平面視で、リード９と基板２との接続部分である端子接続部９０と重ならず、かつ、端子接続部９０よりも基板２の中央側に位置している。このような配置とすることにより、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７を端子接続部９０から離間させることができるため、例えば、実装対象物Ｑからリード９を介して基板２に伝わる外乱が、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に到達するまでに十分に減衰され、当該外乱が慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に伝わり難くなる。そのため、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７の特性が安定し、優れた検出精度を発揮することができる。また、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７を端子接続部９０よりも基板２の中央側すなわち内側に配置することにより、慣性計測装置１の小型化を図ることもできる。なお、前記「外乱」には、例えば、振動、熱、基板２と実装対象物Ｑとの線膨張係数差に起因して生じる応力等が含まれる。

なお、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７と端子接続部９０との離間距離としては、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上、５μｍ以下程度であることが好ましい。これにより、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７を端子接続部９０から十分に離間させることができるため、外乱減衰効果が顕著となる。そのため、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に外乱がより伝わり難くなり、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７の特性をより安定させることができる。また、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７と端子接続部９０との離間距離が過度に大きくなるのを抑制でき、慣性計測装置１の大型化を効果的に抑制することができる。

また、図１および図２に示すように、基板２は、Ｚ軸方向からの平面視で、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７と端子接続部９０との間に配置されている溝２９を有する。溝２９は、実装対象物Ｑからリード９を介して基板２に伝わる外乱を、各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に伝わる前に減衰させる機能を有する。このように、溝２９を配置することにより、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に外乱がより伝わり難くなり、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７の特性がより安定し、より優れた検出精度を発揮することができる。

溝２９は、上面２１に開口する有底の凹部で構成されている。つまり、溝２９は、下面２２に開口していない。このように、各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７が配置されている面と同じ面である上面２１に溝２９を開口させることにより、溝２９による外乱減衰効果がより顕著となる。また、溝２９を貫通孔ではなく、有底の凹部とすることにより、溝２９の底面と下面２２との間に前記内部配線を引き回すことができ、内部配線、特に一端が端子２４と接続する配線の引き回し自由度が増す。また、基板２の機械的強度の低下を抑制することもできる。

図２に示すように、溝２９の深さＤとしては、特に限定されないが、基板２の厚さＴの１／４以上、３／４以下程度であること好ましい。つまり、Ｔ／４≦Ｄ≦３Ｔ／４であることが好ましい。これにより、溝２９が十分に深くなり、外乱減衰効果をより確実にかつ効果的に発揮することができる。また、溝２９が深くなり過ぎて基板２の機械的強度が低下したり、内部配線の引き回し自由度が低下したりするのを抑制することができる。また、溝２９の幅Ｗとしては、特に限定されないが、例えば、０．５μｍ以上、２μｍ以下程度とすることが好ましい。これにより、溝２９の幅Ｗが十分に広くなり、外乱減衰効果をより確実にかつ効果的に発揮することができる。また、溝２９の幅Ｗが広くなり過ぎて、基板２が大型化してしまうのを抑制することができる。

図１に示すように、溝２９は、Ｚ軸方向からの平面視で、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７を囲む枠状、特に、連続した環状である。このような枠状の溝２９で慣性センサー３、４、５、６および回路素子７を囲むことにより、より確実にかつ効果的に、リード９を介して基板２に伝わる外乱を、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に伝わる前に減衰させることができる。なお、本実施形態では、溝２９は、１重の環状であるが、２重以上の環状であってもよい。

溝２９の構成は、慣性センサー３、４、５、６の少なくとも１つのリード９との間に配置されていれば、特に限定されない。例えば、図３に示す変形例の溝２９は、リード９ａと慣性センサー３、４、５、６との間に位置し、Ｙ軸方向に沿って延在する第１部分２９ａと、リード９ｂと慣性センサー３、４、５、６との間に位置し、Ｘ軸方向に沿って延在する第２部分２９ｂと、リード９ｃと慣性センサー３、４、５、６との間に位置し、Ｙ軸方向に沿って延在する第３部分２９ｃと、リード９ｄと慣性センサー３、４、５、６との間に位置し、Ｘ軸方向に沿って延在する第４部分２９ｄと、を有し、第１部分２９ａ〜第４部分２９ｄが互いに離間して形成されている。また、例えば、図３に示す変形例から第１部分２９ａ〜第４部分２９ｄの１つ、２つまたは３つを省略してもよい。

また、図１に示すように、半田Ｈを介して基板２と蓋８とが接合されている部分である蓋接合部８０は、Ｚ軸方向からの平面視で、端子接続部９０と慣性センサー３、４、５、６および回路素子７との間に位置している。このように、端子接続部９０と慣性センサー３、４、５、６および回路素子７との間に蓋接合部８０を配置することにより、リード９を介して基板２に伝わる外乱を、慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に伝わる前に、蓋接合部８０を介して蓋８に逃がすことができる。そのため、各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に外乱がより伝わり難くなる。

なお、溝２９は、Ｚ軸方向の平面視で、蓋接合部８０よりも基板２の中央側に位置している。基板２の蓋接合部８０よりも内側の部分は、蓋８によって補強されているため、当該部分に溝２９を形成することにより、基板２の機械的強度の低下を小さく抑えることができる。ただし、これに限定されず、溝２９は、Ｚ軸方向の平面視で、蓋接合部８０よりも基板２の外縁側に位置していてもよい。

以上、慣性計測装置１について説明した。このような慣性計測装置１は、前述したように、基板２と、基板２の第１面である上面２１に配置されている慣性センサー３、４、５、６と、慣性センサー３、４、５、６を覆い、基板２に接合されている蓋８と、基板２に配置され、実装対象物Ｑに接合される端子としてのリード９と、を有し、基板２の厚さ方向すなわちＺ軸方向からの平面視で、慣性センサー３、４、５、６は、リード９と基板２との接続部分である端子接続部９０と重ならず、かつ、端子接続部９０よりも基板２の中央側に位置している。このような構成によれば、実装対象物Ｑからリード９を介して基板２に伝わる外乱が、各慣性センサー３、４、５、６に到達するまでに十分に減衰され、当該外乱が各慣性センサー３、４、５、６に伝わり難くなる。そのため、各慣性センサー３、４、５、６の特性が安定し、優れた検出精度を発揮することができる。また、各慣性センサー３、４、５、６を端子接続部９０よりも基板２の中央側すなわち内側に配置することにより、慣性計測装置１の小型化を図ることもできる。

また、前述したように、基板２は、Ｚ軸方向からの平面視で、慣性センサー３、４、５、６と端子接続部９０との間に配置されている溝２９を有する。溝２９は、リード９を介して基板２に伝わる外乱を、各慣性センサー３、４、５、６に伝わる前に減衰させる機能を有する。そのため、各慣性センサー３、４、５、６に外乱がより伝わり難くなり、各慣性センサー３、４、５、６の特性がより安定する。

また、前述したように、溝２９は、Ｚ軸方向の平面視で、慣性センサー３、４、５、６を囲む枠状である。枠状の溝２９で各慣性センサー３、４、５、６を囲むことにより、より確実にかつ効果的に、リード９を介して基板２に伝わる外乱を、各慣性センサー３、４、５、６に伝わる前に減衰させることができる。

また、前述したように、溝２９は、上面２１に開口している。このように、慣性センサー３、４、５、６が配置されている面と同じ面である上面２１に溝２９を開口させることにより、溝２９による外乱減衰効果をより顕著に発揮することができる。

また、前述したように、基板２と蓋８との接合部分である蓋接合部８０は、Ｚ軸方向からの平面視で、端子接続部９０と慣性センサー３、４、５、６との間に位置している。これにより、リード９を介して基板２に伝わる外乱を、各慣性センサー３、４、５、６に伝わる前に、蓋接合部８０を介して蓋８に逃がすことができる。そのため、各慣性センサー３、４、５、６に外乱がより伝わり難くなる。

また、前述したように、溝２９は、Ｚ軸方向からの平面視で、蓋接合部８０よりも基板２の中央側に位置している。基板２の蓋接合部８０よりも内側の部分は、蓋８によって補強されているため、当該部分に溝２９を形成することにより、基板２の機械的強度の低下を小さく抑えることができる。

また、前述したように、蓋８は、定電位である。特に、本実施形態では、蓋８は、グランドに接続されている。これにより、蓋８が外乱を遮断するシールドとして機能し、慣性センサー３、４、５、６の特性が安定する。

また、前述したように、端子は、基板２から延出するリード９である。これにより、基板２を実装対象物Ｑから浮遊させて支持することが容易となる。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る慣性計測装置を示す断面図である。

本実施形態は、溝２９の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図４に示す慣性計測装置１では、溝２９は、下面２２に開口する有底の凹部で構成されている。つまり、前述した第１実施形態とは溝２９の開口が反対側に位置する。このように、リード９が接合されている面と同じ面である下面２２に溝２９を開口させることにより、実装対象物Ｑからリード９を介して伝わった外乱を溝２９で効果的に減衰させることができる。溝２９の深さＤおよび幅Ｗ等の寸法や、配置パターンについては、第１実施形態で述べたものと同様のものが可能である。

以上のように、本実施形態の慣性計測装置１では、端子としてのリード９は、基板２の第１面である上面２１と反対側の第２面である下面２２に配置され、溝２９は、下面２２に開口している。これにより、リード９を介して伝わった外乱を溝２９で効果的に減衰させることができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態に係る慣性計測装置を示す平面図である。図６は、図５中のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態は、溝２９の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１、第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図５および図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図５および図６に示す慣性計測装置１では、溝２９は、上面２１に開口する有底の凹部で構成されている第１溝２９１と、下面２２に開口する有底の凹部で構成されている第２溝２９２と、を有する。また、Ｚ軸方向からの平面視で、第１溝２９１および第２溝２９２は、それぞれ、各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７を囲む枠状をなしている。また、Ｚ軸方向からの平面視で、第１溝２９１および第２溝２９２は、互いに重なっておらず、本実施形態では、第１溝２９１が第２溝２９２の内側に位置している。すなわち、Ｚ軸方向からの平面視で、枠状の第１溝２９１と、それを囲む枠状の第２溝２９２と、を有する２重構造となっている。

このように、各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７が配置されている面と同じ面である上面２１に開口する第１溝２９１と、リード９が接合されている面と同じ面である下面２２に開口する第２溝２９２と、を形成することにより、実装対象物Ｑからリード９を介して伝わった外乱を溝２９で効果的に減衰させることができる。なお、第１溝２９１と第２溝２９２との配置は、これに限定されず、第１溝２９１が第２溝２９２の外側に位置していてもよい。また、第１、第２溝２９１、２９２の少なくとも一方が、図３に示すパターンであってもよい。

特に、本実施形態では、図６に示すように、第１溝２９１の深さＤ１と第２溝２９２の深さＤ２との合計が基板２の厚さＴよりも大きく、すなわち、Ｄ１＋Ｄ２＞Ｔの関係を満たし、側面視で、第１溝２９１と第２溝２９２とが重なっている部分Ｆを有する。これにより、当該外乱を溝２９で効果的に減衰させることができる。ただし、これに限定されず、少なくとも一部が、Ｄ１＋Ｄ２≦Ｔであってもよい。

以上のように、本実施形態の慣性計測装置１では、端子としてのリード９は、第１面である上面２１と反対側の第２面である下面２２に配置され、溝２９は、上面２１に開口している第１溝２９１と、下面２２に開口している第２溝２９２と、を有する。このように、各慣性センサー３、４、５、６が配置されている面と同じ面である上面２１に開口する第１溝２９１と、リード９が接合されている面と同じ面である下面２２に開口する第２溝２９２と、を形成することにより、実装対象物Ｑからリード９を介して伝わった外乱を溝２９で効果的に減衰させることができる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、上記と異なり、第１溝２９１と第２溝２９２とが、Ｚ軸方向からの平面視で、一部または全部が重なっていてもよい。この場合、第１溝２９１と第２溝２９２とは連通しない。

＜第４実施形態＞
図７は、第４実施形態に係る慣性計測装置を示す平面図である。

本実施形態は、基板２およびリード９の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図７に示す慣性計測装置１では、複数のリード９は、基板２の第１外縁部２ａに沿って配置されている複数のリード９ａと、基板２の第３外縁部２ｃに沿って配置されている複数のリード９ｃと、を有する。すなわち、前述した第１実施形態の構成から、基板２の第２外縁部２ｂに沿って配置されている複数のリード９ｂと、基板２の第４外縁部２ｄに沿って配置されている複数のリード９ｄと、が省略されている。

また、溝２９は、各リード９ａと各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７との間に位置し、Ｙ軸方向に沿って延在する第１部分２９ａと、各リード９ｃと各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７との間に位置し、Ｙ軸方向に沿って延在する第３部分２９ｃと、を有する。すなわち、前述した図３に示す変形例から第２部分２９ｂと、第４部分２９ｄと、が省略されている。

また、基板２は、基板２の第２外縁部２ｂと各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７との間に位置し、Ｘ軸方向に沿って延在する貫通孔２８１と、基板２の第４外縁部２ｄと各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７との間に位置し、Ｘ軸方向に沿って延在する貫通孔２８２と、を有する。貫通孔２８１、２８２は、それぞれ、基板２の厚さ方向に貫通し、上面２１および下面２２に開口している。このような貫通孔２８１、２８２は、溝２９と同様に、実装対象物Ｑからリード９を介して伝わった外乱を、各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に到達する前に減衰させる機能を有する。有底の凹部で構成される溝２９よりも、貫通孔２８１、２８２の方が外乱減衰効果に優れている。そのため、実装対象物Ｑからリード９を介して伝わった外乱を、各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７に到達する前により効果的に減衰させることができる。

特に、本実施形態では、各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７と端子接続部９０との間に位置する領域には溝２９を形成し、各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７と端子接続部９０との間からずれた領域に貫通孔２８１、２８２を形成している。言い換えると、端子接続部９０が設けられた基板２の第１外縁部２ａおよび第３外縁部２ｃと各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７との間に位置する領域には溝２９を形成し、端子接続部９０が設けられていない基板２の第２外縁部２ｂおよび第４外縁部２ｄと各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７との間に位置する領域には貫通孔２８１、２８２を形成している。これにより、基板２内での配線、特に端子２４と各慣性センサー３、４、５、６および回路素子７とを接続する配線の引き回し自由度を高く維持しつつ、上述のような優れた外乱減衰効果を発揮することができる。

なお、本実施形態では、貫通孔２８１、２８２は、溝２９と離間して形成されているが、これに限定されず、例えば、貫通孔２８１、２８２のＸ軸方向プラス側の端部が第１部分２９ａに接続されていてもよいし、Ｘ軸方向マイナス側に端部が第３部分２９ｃに接続されていてもよい。つまり、溝２９と貫通孔２８１、２８２とが枠状に接続されていてもよい。

以上のように、本実施形態の慣性計測装置１では、基板２は、Ｚ軸方向からの平面視で、慣性センサー３、４、５、６と端子接続部９０との間からずれて配置され、基板２を厚さ方向に貫通する貫通孔２８１、２８２を有する。これにより、基板２内での配線の引き回し自由度を高く維持しつつ、優れた外乱減衰効果を発揮することができる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
図８は、第５実施形態に係るスマートフォンを示す斜視図である。

図８に示す電子機器としてのスマートフォン１２００は、慣性計測装置１と、慣性計測装置１から出力される検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０と、が内蔵されている。慣性計測装置１によって検出された検出データは、制御回路１２１０に送信され、制御回路１２１０は、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。

このような電子機器としてのスマートフォン１２００は、慣性計測装置１と、慣性計測装置１から出力される検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０と、を有する。そのため、前述した慣性計測装置１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、電子機器は、前述したスマートフォン１２００の他にも、例えば、パーソナルコンピューター、デジタルスチールカメラ、タブレット端末、スマートウォッチを含む時計、インクジェット式吐出装置、例えばインクジェットプリンター、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、スマートグラス等のウェアラブル端末、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電子辞書、電子翻訳機、電卓、電子ゲーム機器、トレーニング機器、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、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、電子内視鏡のような医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶に搭載される計器類、携帯端末用の基地局、フライトシミュレーター等に適用することができる。

＜第６実施形態＞
図９は、第６実施形態に係る移動体を示す斜視図である。

図９に示す移動体としての自動車１５００は、エンジンシステム、ブレーキシステムおよびキーレスエントリーシステムの少なくとも何れかのシステム１５１０と、慣性計測装置１と、制御回路１５０２と、が内蔵されており、慣性計測装置１によって車体の姿勢を検出することができる。慣性計測装置１の検出信号は、制御回路１５０２に供給され、制御回路１５０２は、その信号に基づいてシステム１５１０を制御することができる。

このように、移動体としての自動車１５００は、慣性計測装置１と、慣性計測装置１から出力される検出信号に基づいて制御を行う制御回路１５０２と、を有する。そのため、自動車１５００は、前述した慣性計測装置１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、慣性計測装置１を備える移動体は、自動車１５００の他、例えば、ロボット、ドローン、電動車いす、二輪車、航空機、ヘリコプター、船舶、電車、モノレール、貨物運搬用カーゴ、ロケット、宇宙船等であってもよい。

以上、本発明の慣性計測装置、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…慣性計測装置、２…基板、２ａ…第１外縁部、２ｂ…第２外縁部、２ｃ…第３外縁部、２ｄ…第４外縁部、２１…上面、２２…下面、２３、２４…端子、２８１、２８２…貫通孔、２９…溝、２９ａ…第１部分、２９ｂ…第２部分、２９ｃ…第３部分、２９ｄ…第４部分、２９１…第１溝、２９２…第２溝、３…慣性センサー、３１…パッケージ、３４…センサー素子、４…慣性センサー、４１…パッケージ、４４…センサー素子、５…慣性センサー、５１…パッケージ、５４…センサー素子、６…慣性センサー、６１…パッケージ、６４、６５、６６…センサー素子、７…回路素子、８…蓋、８０…蓋接合部、８１…凹部、９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…リード、９０…端子接続部、１２００…スマートフォン、１２０８…表示部、１２１０…制御回路、１５００…自動車、１５０２…制御回路、１５１０…システム、Ｄ、Ｄ１、Ｄ２…深さ、Ｆ…部分、Ｇ１…ギャップ、Ｈ…半田、Ｔ…厚さ、Ｑ…実装対象物、Ｗ…幅

Claims

基板と、
前記基板の第１面に配置されている慣性センサーと、
前記慣性センサーを覆い、前記基板に接合されている蓋と、
前記基板に配置され、実装対象物に接合される端子と、を有し、
前記基板の厚さ方向からの平面視で、前記慣性センサーは、前記端子と前記基板との接続部分である端子接続部と重ならず、かつ、前記端子接続部よりも前記基板の中央側に位置していることを特徴とする慣性計測装置。
前記基板は、前記平面視で、前記慣性センサーと前記端子接続部との間に配置されている溝を有する請求項１に記載の慣性計測装置。
前記溝は、前記平面視で、前記慣性センサーを囲む枠状である請求項２に記載の慣性計測装置。
前記溝は、前記第１面に開口している請求項２または３に記載の慣性計測装置。
前記端子は、前記第１面と反対側の第２面に配置され、
前記溝は、前記第２面に開口している請求項２または３に記載の慣性計測装置。
前記端子は、前記第１面と反対側の第２面に配置され、
前記溝は、前記第１面に開口している第１溝と、前記第２面に開口している第２溝と、を有する請求項２または３に記載の慣性計測装置。
前記基板と前記蓋との接合部分である蓋接合部は、前記平面視で、前記端子接続部と前記慣性センサーとの間に位置している請求項１ないし６のいずれか１項に記載の慣性計測装置。
前記溝は、前記平面視で、前記蓋接合部よりも前記基板の中央側に位置している請求項７に記載の慣性計測装置。
前記基板は、前記平面視で、前記慣性センサーと前記端子接続部との間からずれて配置され、前記基板を厚さ方向に貫通する貫通孔を有する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の慣性計測装置。
前記蓋は、定電位である請求項１ないし９のいずれか１項に記載の慣性計測装置。
前記端子は、前記基板から延出するリードである請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の慣性計測装置。
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の慣性計測装置と、
前記慣性計測装置の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする電子機器。
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の慣性計測装置と、
前記慣性計測装置の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする移動体。