JP2023092734A - 慣性計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水分の影響を低減し、優れた検出精度を有する慣性計測装置を提供すること。【解決手段】慣性計測装置は、第１慣性センサーと、前記第１慣性センサーを樹脂製の第１パッケージに収納した第１慣性センサーモジュールと、凹部を有し、セラミックからなるベースと、蓋体と、を備え、前記第１慣性センサーモジュールは、前記ベースと前記蓋体との間の収容空間に収容され、気密封止される。【選択図】図２

Description

本発明は、慣性計測装置に関する。

加速度センサーや角速度センサーなどの慣性センサーを有する慣性センサーモジュールを備えた慣性計測装置が知られている。慣性計測装置は、様々な電子機器や機械に組み込まれ、または自動車などの移動体に搭載され、角速度や角速度などの慣性量のモニタリングを行うことに用いられる。

例えば、特許文献１では、封止樹脂により樹脂封止された慣性センサーを備えたセンサーデバイスを有するセンサーユニットが記載されている。

特開２０１７－４９１２２号公報

上記のような封止樹脂に外部から水分が侵入すると封止樹脂の応力が変動する場合がある。封止樹脂の応力が変動すると、慣性センサーが変形し、センサーデバイスの計測に影響を及ぼす虞があった。つまり、水分の影響を低減し、優れた検出精度を有する慣性計測装置が求められていた。

本願に係る一態様の慣性計測装置は、第１慣性センサーと、前記第１慣性センサーを樹脂製の第１パッケージに収納した第１慣性センサーモジュールと、凹部を有し、セラミックからなるベースと、蓋体と、を備え、前記第１慣性センサーモジュールは、前記ベースと前記蓋体との間の収容空間に収容され、気密封止される。

実施形態１に係る慣性計測装置の平面図。 慣性計測装置の断面図。 慣性計測装置の製造方法を示す斜視分解図。 第１慣性センサーモジュールの平面図。 図４のＡ－Ａ断面における断面図。 図４のＢ－Ｂ断面における断面図。 実施形態２に係る異なる実装形態の慣性計測装置の断面図。 異なる実装形態の慣性計測装置の断面図。 異なる実装形態の慣性計測装置の透過平面図。 異なる実装形態の慣性計測装置の透過平面図。 実施形態３に係る異なる形態の慣性計測装置の平面図。 異なる形態の慣性計測装置の断面図。 第２慣性センサーモジュールの透過平面図。 第２慣性センサーモジュールの断面図。 実施形態４に係る異なる形態の慣性計測装置の分解斜視図。

実施形態１
＊＊＊慣性計測装置の概要＊＊＊
図１は、慣性計測装置の概要を示す平面図である。図２は、慣性計測装置の断面図である。
まず、図１、図２を用いて、本実施形態の慣性計測装置１００の概略構成について説明する。なお、各図面では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。本明細書では、第１軸がＸ軸であり、第２軸がＹ軸であり、第３軸がＺ軸である。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ方向は、鉛直方向に沿い、ＸＹ平面は、水平面に沿っている。また、プラス方向とマイナス方向とを合わせてＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向ともいう。

本実施形態の慣性計測装置１００は、第１慣性センサーモジュール５０、ベース７０、リッド８０などから構成される。
第１慣性センサーモジュール５０は、例えば、３軸ジャイロセンサーと、３軸加速度センサーとを備える６軸コンボセンサーである。各軸のセンサー素子は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いてシリコン基板を加工し製造されたセンサー素子を用いている。第１慣性センサーモジュール５０は、平たい直方体をなしており、図１に示すように、第１面５０ａには、複数の電極端子１１が設けられている。また、第１慣性センサーモジュール５０の外装は、樹脂モールドされている。なお、第１慣性センサーモジュール５０の詳細は後述する。

ベース７０は、好適例では、平面的に略矩形をなしたセラミック製の容器であり、図２に示すように、複数枚のセラミック基板５を積層して構成される。
ベース７０は、その略中央に凹部７を有している。凹部７の底部の載置面２には、第１慣性センサーモジュール５０が搭載される。換言すれば、第１慣性センサーモジュール５０は、第１面５０ａの反対側の面である第２面５０ｂを凹部７に向けた状態で、載置面２に搭載される。凹部７は、載置面２を底部とする収容部３と、載置面２よりも一段高く、収容部３を囲う周縁部４とを有している。周縁部４には、第１慣性センサーモジュール５０における複数の電極端子１１と対応する、複数の接続端子１２が設けられている。

図１に示すように、第１慣性センサーモジュール５０の電極端子１１と、周縁部４の接続端子１２とは、ボンディングワイヤー１３で接続される。以下、個別の部位ごとに枝番を付して詳しく説明する。
第１慣性センサーモジュール５０のＹプラス側の辺に沿って、３つの電極端子１１ａ～１１ｃが設けられている。周縁部４のＹプラス側の辺に沿って、３つの接続端子１２ａ～１２ｃが設けられている。電極端子１１ａは、ボンディングワイヤー１３ａにより接続端子１２ａと電気的に接続される。電極端子１１ｂは、ボンディングワイヤー１３ｂにより接続端子１２ｂと電気的に接続される。そして、電極端子１１ｃは、ボンディングワイヤー１３ｃにより接続端子１２ｃと電気的に接続される。

第１慣性センサーモジュール５０のＸマイナス側の辺に沿って、３つの電極端子１１ｄ～１１ｆが設けられている。周縁部４のＸマイナス側の辺に沿って、２つの接続端子１２ｄ，１２ｅが設けられている。電極端子１１ｄは、ボンディングワイヤー１３ｄにより接続端子１２ｄと電気的に接続される。接続端子１２ｅは、接続端子１２ｄよりも長く形成されている。電極端子１１ｅ，１１ｆは、ボンディングワイヤー１３ｅ，１３ｆにより、共に接続端子１２ｅと電気的に接続される。

第１慣性センサーモジュール５０のＹマイナス側の辺に沿って、３つの電極端子１１ｇ～１１ｉが設けられている。周縁部４のＹマイナス側の辺に沿って、３つの接続端子１２ｆ～１２ｈが設けられている。電極端子１１ｇは、ボンディングワイヤー１３ｇにより接続端子１２ｆと電気的に接続される。電極端子１１ｈは、ボンディングワイヤー１３ｈにより接続端子１２ｇと電気的に接続される。電極端子１１ｉは、ボンディングワイヤー１３ｉにより接続端子１２ｈと電気的に接続される。

第１慣性センサーモジュール５０のＸプラス側の辺に沿って、３つの電極端子１１ｊ，１１ｋ，１１Ｌが設けられている。周縁部４のＸプラス側の辺に沿って、３つの接続端子１２ｉ～１２ｋが設けられている。電極端子１１ｊは、ボンディングワイヤー１３ｊにより接続端子１２ｉと電気的に接続される。電極端子１１ｋは、ボンディングワイヤー１３ｋにより接続端子１２ｊと電気的に接続される。電極端子１１Ｌは、ボンディングワイヤー１３Ｌにより接続端子１２ｋと電気的に接続される。

周縁部４の接続端子１２は、ベース７０内における不図示の配線により、ベース７０の底面に設けられた実装端子７１（図２）と電気的に接続されている。なお、図２では、２つの実装端子７１を示しているが、実際は、接続端子１２ａ～１２ｋに対応した数の実装端子７１が設けられている。

リッド８０は、蓋体であり、第１慣性センサーモジュール５０が実装された状態で、ベース７０の上面を封止する。平面的には、リッド８０は、ベース７０に倣う略矩形をなしている。リッド８０の材料は、好適例としてコバールを採用している。なお、コバールに限定するものではなく、４２アロイ、アルミ、銅、ジュラルミンなどの金属、またはそれらのいずれかを含む合金を用いても良い。リッド８０は、接合部材７２を介してベース７０に接合される。好適例では、接合部材７２として金を用いており、金を熱圧着してベース７０とリッド８０との間をシーム溶接により接合する。この際、ローラー電極を用いてリッド８０の上から加圧するとともに電流を流して、接合部材７２をジュール熱により溶融させて融接することが好ましい。なお、金に限定するものではなく、接合部材７２とベース７０との間、および、接合部材７２とリッド８０との間で拡散接合され、ベース７０とリッド８０との間の電気的導通が確保できる金属や、合金であれば良い。また、シーム溶接に限定するものではなく、機械的に摩擦や圧力、電流などで母材を溶かして接合する圧接技術を適用することができる。

また、シーム溶接を含む圧接技術に限定するものではなく、ベース７０とリッド８０との間が気密封止状態となるように溶接できれば良い。例えば、レーザー照射などにより母材を溶かして接合する融接技術を用いても良いし、ロウなどの溶加材で両者間をロウ付けするロウ接技術により両者間を接合しても良い。

図３は、慣性計測装置の製造方法を示す斜視分解図である。
まず、図３に示すように、ベース７０における収容部３の載置面２に、第１慣性センサーモジュール５０を搭載する。詳しくは、第１慣性センサーモジュール５０の第２面５０ｂを凹部７に向けた状態で、載置面２に搭載する。この際、載置面２には、銀ペーストや、半田ペーストなどの接着剤が予め塗布されている。第１慣性センサーモジュール５０が載置された後、加熱し、接着剤を硬化することにより、ダイアタッチが完了する。

次いで、第１慣性センサーモジュール５０の電極端子１１と、周縁部４の接続端子１２との間が、ボンディングワイヤー１３で接続される。
最後に、ベース７０へのリッド８０の接合を行う。好適例において、ベース７０へのリッド８０の接合は、減圧環境下で行う。なお、ベース７０の周縁部には、予め接合部材７２がセットされている。
これにより、図２に示すように、ベース７０とリッド８０との間の収容空間ＳＰ内は、減圧状態に気密封止される。なお、収容空間ＳＰ内が不活性ガス雰囲気で気密封止されることであっても良い。換言すれば、第１慣性センサーモジュール５０は、ベース７０とリッド８０との間の収容空間ＳＰに収容され、気密封止される。
＊＊＊第１慣性センサーモジュールの概要＊＊＊
図４は、第１慣性センサーモジュールの概要を示す透過平面図である。図５は、図４のＡ－Ａ断面における断面図である。図６は、図４のＢ－Ｂ断面における断面図である。

図４は、第１慣性センサーモジュール５０を第２面５０ｂ側から観察した透過平面図である。図４に示すように、第１慣性センサーモジュール５０は、台座板４１上に配置された第１慣性センサー４５、第３慣性センサー４６などから構成される。台座板４１は、２つのセンサーを載置する基板である。
図５に示すように、第１慣性センサー４５は、基材１０と、蓋体１８と、第１ジャイロセンサー素子２５と、第２ジャイロセンサー素子２６と、第３ジャイロセンサー素子２７とを有する。なお、第１ジャイロセンサー素子２５、第２ジャイロセンサー素子２６、及び第３ジャイロセンサー素子２７は、基材１０と蓋体１８とで構成される収容空間Ｓ１に収容されている。また、収容空間Ｓ１は、気密空間であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。

第１慣性センサー４５において、第１ジャイロセンサー素子２５は、Ｘ軸まわりの角速度を検出し、第２ジャイロセンサー素子２６は、Ｙ軸まわりの角速度を検出し、第３ジャイロセンサー素子２７は、Ｚ軸まわりの角速度を検出する。なお、第１ジャイロセンサー素子２５、第２ジャイロセンサー素子２６、及び第３ジャイロセンサー素子２７は、ＭＥＭＳ技術を用いてシリコン基板を加工し製造されたジャイロセンサー素子であり、可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて、角速度を検出する。

基材１０には、３つの凹部２１，２２，２３が形成されており、第１ジャイロセンサー素子２５、第２ジャイロセンサー素子２６、及び第３ジャイロセンサー素子２７が、それぞれ、凹部２１、凹部２２、及び凹部２３に対応するように基材１０上に配置される。凹部２１，２２，２３は、それぞれ、第１ジャイロセンサー素子２５、第２ジャイロセンサー素子２６、第３ジャイロセンサー素子２７と、基材１０との接触を防止するための逃げ部として機能する。

なお、基材１０は、シリコン基板である。基材１０は、アルカリ金属イオンを含むガラス材料、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスを主材料として形成された基板であっても良い。シリコン半導体プロセスに準拠した工程により、基材１０上にポリシリコンなどの材料によりセンサー構造体が形成される。実施例におけるセンサー構造体は、第１ジャイロセンサー素子２５、第２ジャイロセンサー素子２６、第３ジャイロセンサー素子２７である。

蓋体１８には、凹部１８ａが形成されており、基材１０に接合することで、収容空間Ｓ１が形成され、第１ジャイロセンサー素子２５、第２ジャイロセンサー素子２６、及び第３ジャイロセンサー素子２７を収容する。凹部１８ａは、基材１０の３つの凹部２１，２２，２３と向かい合って形成されている。なお、蓋体１８は、本実施形態では、シリコン基板で形成されている。基材１０と蓋体１８との接合にはガラスフリット等が使用され、センサー構造体は最終的に外気に対して気密封止された構造となる。以上のセンサーデバイスの構成は一例であり、その他の例であっても構わない。例えば、ジャイロセンサーに関しては、駆動部が共通であり、検出部のみ軸別に分かれている構造などでも良い。

図４に戻る。
第３慣性センサー４６は、第１加速度センサー素子３５と、第２加速度センサー素子３６と、第３加速度センサー素子３７と、を備え、第１軸となるＸ方向、第２軸となるＹ方向、及び第３軸となるＺ方向のそれぞれの検出軸の加速度を測定することのできる３軸加速度センサーである。なお、第１加速度センサー素子３５、第２加速度センサー素子３６、及び第３加速度センサー素子３７は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造された加速度センサー素子であり、可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて、加速度を検出する。換言すれば、第１慣性センサーモジュール５０は、第１慣性センサー４５が検出する物理量とは異なる物理量を検出する第３慣性センサー４６を備える。

図６に示すように、第３慣性センサー４６は、基材３０と、蓋体３８と、第１加速度センサー素子３５と、第２加速度センサー素子３６と、第３加速度センサー素子３７と、を有する。なお、第１加速度センサー素子３５、第２加速度センサー素子３６、及び第３加速度センサー素子３７は、基材３０と蓋体３８とで構成される収容空間Ｓ３に収容されている。また、収容空間Ｓ３は、気密空間であり、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入され、使用温度が－４０℃～１２５℃程度で、ほぼ大気圧となっていることが好ましい。ただし、収容空間Ｓ３の雰囲気は、特に限定されず、例えば、減圧状態であってもよいし、加圧状態であっても良い。基材１０は基材３０と別体であるが、一体としてもよい。すなわち、一つの基材、例えば基材１０の上に、第１ジャイロセンサー素子２５、第２ジャイロセンサー素子２６、第３ジャイロセンサー素子２７、第１加速度センサー素子３５、第２加速度センサー素子３６、及び第３加速度センサー素子３７が形成されても良い。

第３慣性センサー４６において、第１加速度センサー素子３５は、Ｘ方向の加速度を検出し、第２加速度センサー素子３６は、Ｙ方向の加速度を検出し、第３加速度センサー素子３７は、Ｚ方向の加速度を検出する。

基材３０には、３つの凹部３１，３２，３３が形成されており、第１加速度センサー素子３５、第２加速度センサー素子３６、及び第３加速度センサー素子３７が、それぞれ、凹部３１、凹部３２、及び凹部３３に対応するように基材３０上に配置されている。凹部３１，３２，３３は、それぞれ、第１加速度センサー素子３５、第２加速度センサー素子３６、第３加速度センサー素子３７と、基材３０との接触を防止するための逃げ部として機能する。

なお、基材３０は、シリコン基板である。基材３０は、アルカリ金属イオンを含むガラス材料、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスを主材料として形成された基板であっても良い。シリコン半導体プロセスに準拠した工程により、基材２０上にポリシリコンなどの材料によりセンサー構造体が形成される。実施例におけるセンサー構造体は、第１加速度センサー素子３５、第２加速度センサー素子３６、第３加速度センサー素子３７である。

蓋体３８には、凹部３８ａが形成されており、基材３０に接合することで、収容空間Ｓ３が形成され、第１加速度センサー素子３５、第２加速度センサー素子３６、及び第３加速度センサー素子３７を収容する。凹部３８ａは、基材３０の３つの凹部３１，３２，３３と向かい合って形成されている。なお、蓋体３８は、本実施形態では、シリコン基板で形成される。これにより、蓋体３８と基材３０とを陽極接合によって強固に接合することができる。基材３０と蓋体３８との接合にはガラスフリット等が使用され、センサー構造体は最終的に外気に対して気密封止された構造となる。以上のセンサーデバイスの構成は一例であり、その他の例であっても構わない。

図４に戻る。
このような第１慣性センサーモジュール５０は、３軸ジャイロセンサーである第１慣性センサー４５と、３軸加速度センサーである第３慣性センサー４６とを備える６軸コンボセンサーであり、その周囲は、樹脂９によって覆われている。樹脂９は、例えば、エポキシ樹脂であり、第１慣性センサーモジュール５０の外装は、樹脂９により樹脂モールドされている。換言すれば、第１慣性センサーモジュール５０は、第１パッケージとしての樹脂９により樹脂モールドされている。第３慣性センサー４６は、第１慣性センサー４５と共に、第１パッケージに収納されている。
ここで、発明者等の検証によれば、第１慣性センサーモジュール５０をそのままの状態で使用した際に、例えば、使用環境の湿度が変動すると、変動した湿度に応じた量の水分が樹脂モールド内に吸着されてしまい、樹脂９の内部における残留応力が変化することが確認されている。この応力変化は、センサー素子に対して定常的に印加される応力の変動を引き起こし、センサー特性を変動させてしまうという課題があった。

なお、本実施形態では、第１慣性センサーモジュール５０として、３軸ジャイロセンサーの第１慣性センサー４５と、３軸加速度センサーの第３慣性センサー４６の２つを搭載しているが、これに限定する必要はなく、第１慣性センサー４５又は第３慣性センサー４６のどちらか１つを搭載する構成であっても良い。

以上、述べた通り、本実施形態の慣性計測装置１００によれば、以下の効果を得ることができる。
慣性計測装置１００は、第１慣性センサー４５と、第１慣性センサー４５を樹脂製の第１パッケージである樹脂９に収納した第１慣性センサーモジュール５０と、凹部７を有し、セラミックからなるベース７０と、リッド８０と、を備え、第１慣性センサーモジュール５０は、ベース７０とリッド８０との間の収容空間ＳＰに収容され、気密封止される。

これによれば、第１慣性センサーモジュール５０は、セラミック製のベース７０と、金属製のリッド８０との間の収容空間ＳＰに気密封止される。換言すれば、第１慣性センサーモジュール５０を、水分の侵入を確実に防止可能なセラミックパッケージに気密封止することができる。
よって、慣性計測装置１００内部への水分の侵入を確実に防止できるため、水分侵入による樹脂９の応力変動を防ぐことができる。
従って、水分の影響を低減し、優れた検出精度を有する慣性計測装置１００を提供することができる。

また、ベース７０とリッド８０との間は、溶接により接合されている。
これによれば、両者を溶接により堅牢に接合できるため、パッケージ内を確実に気密封止することができる。

また、第１慣性センサーモジュール５０は、複数の電極端子１１を有する第１面５０ａと、第１面５０ａの反対側の面である第２面５０ｂとを備え、凹部７は、載置面２を底部とする収容部３と、載置面２よりも一段高く、収容部３を囲う周縁部４とを有し、第１慣性センサーモジュール５０は、第２面５０ｂを凹部７に向けた状態で、載置面２に搭載され、周縁部４には、電極端子１１と対応する接続端子１２が設けられており、電極端子１１と、周縁部４の接続端子１２との間は、ボンディングワイヤー１３により接続される。

これによれば、第１慣性センサーモジュール５０とベース７０との間を、ボンディングワイヤー１３により電気的に接続することができる。

また、第１慣性センサーモジュール５０は、第１慣性センサー４５が検出する物理量とは異なる物理量を検出する第３慣性センサー４６を、さらに備え、第３慣性センサー４６は、第１慣性センサー４５と共に、第１パッケージに収納される。
これによれば、水分の影響を低減し、優れた検出精度を有する６軸コンボセンサーからなる慣性計測装置１００を提供することができる。

実施形態２
＊＊＊第１慣性センサーモジュールの異なる実装形態＊＊＊
図７は、異なる実装形態の第１慣性センサーモジュールの断面図であり、図２に対応している。
上記実施形態では、第１慣性センサーモジュール５０とベース７０との間を、ボンディングワイヤー１３により接続するものとして説明したが、この構成に限定するものではなく、両者間における電気的接続ができる構成であれば良い。例えば、第１慣性センサーモジュール５０をフリップチップ実装しても良い。以下、上記実施形態と同じ部位には、同じ付番を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の慣性計測装置１０１では、ベース７３に対して第１慣性センサーモジュール５０をフェースダウン実装している。
まず、ベース７３の凹部１７では、実施形態１のベース７０の凹部７における周縁部４（図２）が設けられておらず、凹部７よりも収納スペースが大きくなっている。そして、凹部１７の底部の載置面２には、複数の接続端子１４が設けられている。複数の接続端子１４は、平面的に第１慣性センサーモジュール５０の電極端子１１と対応した位置に配置されており、ベース７３内における不図示の配線により、ベース７３の底面に設けられた実装端子７１と電気的に接続されている。

好適例では、電極端子１１と接続端子１４との間は、導電性材料としてのハンダにより接続されている。詳しくは、複数の接続端子１４にハンダペーストを塗布した後、第１面５０ａを載置面２に向けた状態の第１慣性センサーモジュール５０を載置面２に搭載し、加熱してハンダ付けする。なお、導電性材料はハンダに限定するものではなく、両者間を電気的に接続できる材料であれば良い。例えば、電極端子１１に金バンプを設けて、金メッキ処理した接続端子１４との間で、圧接して接続したり、超音波溶着により接合しても良い。または、金バンプを電極端子１１にハンダ付けで接続しても良いし、ハンダに変えて異方性導電粒子を含む接着剤で接続しても良い。換言すれば、第１慣性センサーモジュール５０は、第１面５０ａを凹部１７に向けた状態で、載置面２に搭載され、電極端子１１と、接続端子１４との間は、導電性材料により接続される。

図８は、異なる実装形態の第１慣性センサーモジュールの断面図であり、図２に対応している。
図２のボンディングワイヤーによる実装形態において、ベース７０の載置面２と、第１慣性センサーモジュール５０との間に、スペーサー６を設けても良い。
本実施形態の慣性計測装置１０２では、ベース７０の載置面２と、第１慣性センサーモジュール５０との間に、板状のスペーサー６が設けられている。この点以外は、実施形態１の慣性計測装置１００と同じである。

スペーサー６は、好適例では、シリコン基板であり、平面的には、第１慣性センサーモジュール５０の第２面５０ｂと略同じサイズとする。スペーサー６は、ベース７０の載置面２、および、第１慣性センサーモジュール５０の第２面５０ｂに対して接着剤で固定される。なお、スペーサー６の材質はシリコン基板に限定するものではなく、載置面２と第１慣性センサーモジュール５０との間で、応力緩衝部材となり得る材料であれば良く、例えば、セラミック基板であっても良いし、ポリイミド板などの有機材料を用いても良い。

図９は、異なる実装形態の慣性計測装置の平面図であり、図１、図７に対応している。
上記では、慣性計測装置１００の収容空間ＳＰには、第１慣性センサーモジュール５０が収納されるとして説明したが、これに限定するものではなく、一緒に電子部品などを収納しても良い。

図９は、図７で説明したベース７３に対して第１慣性センサーモジュール５０をフェースダウン実装した際の透過平面図である。
本実施形態の慣性計測装置１０３では、ベース７３の載置面２に、第１慣性センサーモジュール５０に加えて、３つの電子部品４７も実装されている。詳しくは、ベース７３の載置面２におけるＸプラス側の辺に沿って、２つの電子部品４７が実装されている。また、載置面２におけるＸマイナス側の辺に沿って、１つの電子部品４７が実装されている。

電子部品４７は、例えば、チップコンデンサーであり、回路的にはバイパスコンデンサーの役割りを果たす。ベース７３の載置面２には、電子部品４７の電極と対応する実装端子（図示省略）が設けられており、ベース７３内における不図示の配線により、第１慣性センサーモジュール５０と電気的に接続されている。なお、電子部品４７はチップコンデンサーに限定するものではなく、表面実装可能な電子部品であれば良く、例えば、チップ抵抗や、ＩＣ（Integrated Circuit）などであっても良い。

また、載置面２におけるＸマイナス側の辺に沿って配置された電子部品４７のＹプラス側には、吸着剤４８が設けられている。吸着剤４８は、例えば、第１慣性センサーモジュール５０や、電子部品４７を実装する際に、ハンダ溶融に伴い発生する有機溶媒類や、水分を吸着するゲッタリング剤である。好適例では、ペースト状の吸着剤４８を、適量、載置面２に塗布する。換言すれば、収容空間ＳＰには、第１慣性センサーモジュール５０と電気的に接続される電子部品４７が収納される。また、収容空間ＳＰには、ゲッタリング剤としての吸着剤４８も収納される。なお、吸着剤４８としては、例えば、水分吸着剤として機能する、炭酸カルシウム、酸化バリウム、バリウム、バリウム合金等を用いることができる。吸着剤４８により水分を吸着することにより、はんだフラックスに含まれる活性剤の腐食を抑制することができる。また、ベース７０とリッド８０との間を、マグネシウムを含む接合部材７２でロウ付けした場合は、吸着剤４８としてマグネシウムを用いることが好ましい。なお、吸着剤４８の材質は、これらの材質に限定するものではなく、搭載部品の実装方法や、ベース７０とリッド８０との間の接合方法に応じて、適宜、設定すれば良い。なお、前記吸着材４８の配置位置は先の例に限らない。例えばリッド８０の内面側へ適量が塗布されている状態でも良い。

図１０は、異なる実装形態の慣性計測装置の平面図であり、図１に対応している。
本実施形態の慣性計測装置１０４では、ベース７０の載置面２の角部に、吸着剤４８が設けられている。

周縁部４における一つの角部の一部が切り掛かれており、ベース７０の載置面２となっている。そして、当該載置面２には、吸着剤４８が設けられている。このように、ボンディングワイヤー１３を用いた実装態様の慣性計測装置１０４においても、吸着剤４８を搭載することができる。

以上、述べた通り、本実施形態の慣性計測装置１０１～１０４によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
慣性計測装置１０１によれば、第１慣性センサーモジュール５０は、複数の電極端子１１を有する第１面５０ａと、第１面５０ａの反対側の面である第２面５０ｂとを備え、凹部１７の底部の載置面２には、複数の接続端子１４が設けられており、第１慣性センサーモジュール５０は、第１面５０ａを凹部１７に向けた状態で、載置面２に搭載され、電極端子１１と、接続端子１４との間は、導電性材料により接続される。

これによれば、第１慣性センサーモジュール５０は、セラミック製のベース７３と、金属製のリッド８０との間の収容空間ＳＰに気密封止される。換言すれば、第１慣性センサーモジュール５０を、水分の侵入を確実に防止可能なセラミックパッケージに気密封止することができる。よって、慣性計測装置１０１内部への水分の侵入を確実に防止できるため、水分侵入による樹脂９の応力変動を防ぐことができる。
従って、水分の影響を低減し、優れた検出精度を有する慣性計測装置１０１を提供することができる。さらに、ベース７３に対して第１慣性センサーモジュール５０がフェースダウン実装されているため、実装面積が小さくなり、慣性計測装置１０１を小型化することができる。

また、慣性計測装置１０２によれば、第１慣性センサーモジュール５０の第２面５０ｂと、載置面２との間には、板状のスペーサー６が配置されている。
これによれば、例えば、ベース７０に外部から応力が加わった場合、両面の接着剤を含むスペーサー６が緩衝部材となり、当該応力が直接、第１慣性センサーモジュール５０に加わることを抑制することができる。よって、慣性計測装置１０２の信頼性を高めることができる。

また、慣性計測装置１０３，１０４によれば、収容空間ＳＰには、第１慣性センサーモジュール５０と電気的に接続される電子部品４７が収納される。また、収容空間ＳＰには、ゲッタリング剤としての吸着剤４８も収納される。

これによれば、電子部品４７を第１慣性センサーモジュール５０の近くに配置できるため、配線が短くなり、電気的に安定した回路を構成することができる。さらに、収容空間ＳＰ内に吸着剤４８があるため、第１慣性センサーモジュール５０や、電子部品４７を実装する際に、ハンダ溶融に伴い発生する有機溶媒類を吸着することができる。これにより、パッケージ内の雰囲気中に放散された有機溶媒や、水分が第１慣性センサーモジュール５０の樹脂９に吸収されるのを防ぐことができる。よって、モールド内の残留応力の変動に伴う、センサー特性の変動を抑制することができる。

実施形態３
＊＊＊慣性計測装置の異なる形態－１＊＊＊
図１１は、異なる形態の慣性計測装置の平面図である。図１２は、異なる形態の慣性計測装置の断面図である。
上記実施形態で説明した慣性計測装置１００～１０４を、高精度が求められる橋梁や、高架軌道などの建造物のモニタリングシステムに用いられる慣性計測装置３００に適用することができる。なお、以下の説明では、上記の慣性計測装置１００～１０４を代表して、慣性計測装置１００を慣性計測ユニット１００と称して説明する。また、上記実施形態と同じ部位には、同じ付番を付し、重複する説明は省略する。

図１１に示すように、本実施形態の慣性計測装置３００は、周囲に複数本の実装端子６１を備えたリードフレームタイプのパッケージを採用している。
慣性計測装置３００は、ベース基板６０、慣性計測ユニット１００、慣性計測ユニット２００、発振器６５、樹脂６２などから構成される。詳細は後述するが、慣性計測ユニット２００の検出精度は、慣性計測ユニット１００よりも高くなっている。つまり、本実施形態の慣性計測装置３００は、検出精度の異なる２つの慣性計測ユニット１００、慣性計測ユニット２００を備えている。なお、慣性計測ユニット２００のことを第２慣性センサーモジュールともいう。

ベース基板６０の表面６０ａには、慣性計測ユニット１００、慣性計測ユニット２００、発振器６５などが実装されている。図１２に示すように、ベース基板６０の裏面６０ｂには、半導体素子６６が実装されている。
発振器６５は、例えば、水晶振動子などの振動素子を含む発振回路であり、半導体素子６６に対して、基準となるクロック信号を出力する。

半導体素子６６は、慣性計測ユニット１００，２００を駆動するための駆動回路や、慣性計測ユニット１００，２００からの信号に基づいて３軸まわりの角速度や３軸方向の加速度を検出する検出回路や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等を含んで構成されている。半導体素子６６は、発振器６５からのクロック信号に基づいて、慣性計測ユニット１００，２００で検出する角速度や加速度の検出タイミングや検出時間を制御する。
樹脂６２は、例えば、エポキシ樹脂であり、慣性計測ユニット１００，２００、発振器６５、および半導体素子６６を覆い、慣性計測装置３００の外装を樹脂モールドする。

＊＊＊第２慣性センサーモジュールの構成＊＊＊
図１３は、第２慣性センサーモジュールの透過平面図である。図１４は、図１３のｃ－ｃ断面における断面図である。
ここでは、第２慣性センサーモジュールとしての慣性計測ユニット２００の構成について説明する。

図１３に示す、慣性計測ユニット２００は、振動ジャイロセンサー素子２０１を備え、第３軸となるＺ軸まわりの検出軸の角速度を測定する１軸ジャイロセンサーである。なお、振動ジャイロセンサー素子２０１は、フォトリソグラフィー技術を用いて水晶基板を加工し製造されたジャイロセンサー素子であり、検出振動腕の振動を電気信号に変換し、角速度を検出する。また、水晶を基材としているので温度特性に優れている。そのため、ＭＥＭＳ技術を用いて製造したジャイロセンサー素子に比べ、外部からのノイズや温度の影響を受け難く、検出精度が高い。つまり、慣性計測ユニット２００の検出精度は、慣性計測ユニット１００の検出精度よりも高い。

図１３、図１４に示すように慣性計測ユニット２００は、振動ジャイロセンサー素子２０１と、振動ジャイロセンサー素子２０１を収容するセラミック等からなるベース２０２と、ガラス、セラミック、又は金属等からなるリッド２０７と、を有する。
ベース２０２は、板状の第１基板２０３と枠状の第２基板２０４とを積層して形成されている。また、ベース２０２は、上方に開放する収容空間Ｓ２を有している。なお、振動ジャイロセンサー素子２０１を収容する収容空間Ｓ２は、リッド２０７をシールリング等の接合部材２０６により接合することで、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態に気密封止されている。

ベース２０２の第１基板２０３の上面２０３ａには、上方へ突出する凸部７７が形成されており、凸部７７の上面７７ａに金属バンプ９７等を介して振動ジャイロセンサー素子２０１が電気的及び機械的に固定されている。そのため、振動ジャイロセンサー素子２０１と第１基板２０３との接触を防止することができる。
ベース２０２の第１基板２０３の下面２０３ｂには、複数の実装端子２０５が設けられている。実装端子２０５は、図示しない配線を介して、振動ジャイロセンサー素子２０１と電気的に接続されている。なお、振動ジャイロセンサー素子２０１は、第２慣性センサーに相当する。換言すれば、ベース２０２へのリッド２０７の接合により、第２パッケージが構成され、当該第２パッケージには、第２慣性センサーとしての振動ジャイロセンサー素子２０１が収容される。

振動ジャイロセンサー素子２０１は、中心部分に位置する基部９２と、基部９２からＹ方向に延出された一対の検出用振動腕９３と、検出用振動腕９３と直交するように、基部９２からＸ方向に延出された一対の連結腕９４と、検出用振動腕９３と平行になるように、各連結腕９４の先端側からＹ方向に延出された各一対の駆動用振動腕９５，９６と、を有する。振動ジャイロセンサー素子２０１は、基部９２において、金属バンプ９７等を介してベース２０２に設けられた凸部７７の上面７７ａに電気的及び機械的に固定されている。

振動ジャイロセンサー素子２０１は、駆動用振動腕９５，９６が互いに逆相でＸ方向に屈曲振動をしている状態において、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが加わると、駆動用振動腕９５，９６及び連結腕９４に、Ｙ方向のコリオリ力が働き、Ｙ方向に振動する。この振動により検出用振動腕９３がＸ方向に屈曲振動する。そのため、検出用振動腕９３に形成された検出電極が、振動により発生した水晶の歪を電気信号として検出することで角速度ωｚが求められる。

なお、本実施形態では、慣性計測ユニット２００として、第３軸となるＺ軸まわりの角速度を測定することのできる１軸ジャイロセンサーであるが、これに限定する必要はなく、第１軸となるＸ軸まわりの角速度や第２軸となるＹ軸まわりの角速度を測定することのできる１軸ジャイロセンサーでも構わない。また、慣性計測ユニット２００は、第１軸となるＸ方向の加速度又は第２軸となるＹ方向の加速度又は第３軸となるＺ方向の加速度を測定することのできる１軸加速度センサーでも構わない。また、慣性計測ユニット２００は、水晶を基材とするセンサー素子を用いているが、これに限定する必要はなく、慣性計測ユニット１００よりも検出精度が高ければ、どのようなセンサーでも構わない。

図１１に戻る。
このように、ベース基板６０上に、慣性計測装置１００からなる第１慣性計測装置である慣性計測ユニット１００、および、第２慣性センサーモジュールとしての慣性計測ユニット２００が実装されて、リードパッケージ化された慣性計測装置３００が形成される。

以上、述べた通り、本実施形態の慣性計測装置３００によれば、上記実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
慣性計測装置３００によれば、基板としてのベース基板６０と、第２慣性センサーとしての振動ジャイロセンサー素子２０１を収容する、ベース２０２とリッド２０７とからなる第２パッケージとを含む第２慣性センサーモジュールとしての慣性計測ユニット２００をさらに備え、ベース基板６０上には、慣性計測装置１００からなる第１慣性計測装置である慣性計測ユニット１００、および、第２慣性センサーモジュールとしての慣性計測ユニット２００が実装される。

これによれば、慣性計測ユニット１００の検出精度よりも高く、第３軸となるＺ軸まわりを検出軸とする慣性計測ユニット２００を備えているため、より優れた検出精度を有する慣性計測装置３００を提供することができる。

また、慣性計測ユニット１００の第１慣性センサー４５は、互いに直交する第１軸、第２軸、及び第３軸をそれぞれ検出軸とし、第２慣性センサーとしての振動ジャイロセンサー素子２０１は、第３軸を検出軸とし、第１慣性センサー４５の検出精度よりも高い検出精度を有する。
これによれば、より優れた検出精度を有する慣性計測装置３００を提供することができる。

実施形態４
＊＊＊慣性計測装置の異なる形態－２＊＊＊
図１５は、異なる形態の慣性計測装置を示す分解斜視図である。
上記実施形態で説明した慣性計測装置３００を、高精度が求められる橋梁や、高架軌道などの建造物のモニタリングシステムに用いられる慣性計測装置３５０に適用することができる。なお、上記実施形態と同じ部位には、同じ付番を付し、重複する説明は省略する。

図１５に示すように、本実施形態の慣性計測装置３５０は、上位のモニタリングシステムにおける計測装置（図示省略）との接続を簡便に行うために、コネクター８６を備えている。慣性計測装置３５０は、台座基板８２、ケース８１などから構成される。
台座基板８２は、例えば、ガラスエポキシ基板などのリジット基板である。台座基板８２には、慣性計測装置３００、制御ＩＣ８５、コネクター８６、電子部品８７などが実装されている。台座基板８２は、平面的に略八角形をなしており、その一辺に沿ってコネクター８６が設けられている。
制御ＩＣ８５は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、慣性計測装置３５０の各部を制御する。制御ＩＣ８５が備える記憶部には、加速度および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラム、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。

コネクター８６は、例えば、Ｚプラス方向に延在する複数本の接続ピンを備えた表面実装型のオス側コネクターである。
電子部品８７は、チップ抵抗や、チップコンデンサーなどの回路素子である。
ケース８１は、台座基板８２を覆い保護する筐体であり、その上面にはコネクター８６を露出するための開口部８８が形成されている。ケース８１の下面には、慣性計測装置３００などが実装された台座基板８２を収納するための凹部８９が設けられている。ケース８１の凹部８９に台座基板８２を組み込んだ状態で、例えば、コネクター８６に対応するメス型のコネクターを、開口部８８から接続することができる。

以上、述べた通り、本実施形態の慣性計測装置３５０によれば、上記実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
慣性計測装置３５０は、外部の機器と接続するためのコネクター８６を備えている。
よって、慣性計測装置３５０によれば、コネクター８６により上位のモニタリングシステムにおける計測装置（図示省略）との接続を簡便に行うことができる。
従って、使い勝手の良い慣性計測装置３５０を提供することができる。

なお、上記では、台座基板８２に慣性計測装置３５０を実装するものとして説明したが、慣性計測装置３５０に変えて、台座基板８２に慣性計測装置１００（図１）と、慣性計測装置２００（図１１）とを実装することであっても良い。前述した通り、慣性計測装置１００，２００は、その状態でも内部への水分の侵入を確実に防止できるため、優れた検出精度を得ることができる。

２…載置面、３…収容部、４…周縁部、５…セラミック基板、６…スペーサー、７…凹部、９…樹脂、１０…基材、１１…電極端子、１１ａ～１１ｎ…電極端子、１２…接続端子、１２ａ～１２ｋ…接続端子、１３…ボンディングワイヤー、１３ａ～１３ｎ…ボンディングワイヤー、１４…接続端子、１７…凹部、１８…蓋体、１８ａ…凹部、２１，２２，２３…凹部、２５…第１ジャイロセンサー素子、２６…第２ジャイロセンサー素子、２７…第３ジャイロセンサー素子、３０…基材、３１，３２，３３…凹部、３５…第１加速度センサー素子、３６…第２加速度センサー素子、３７…第３加速度センサー素子、３８…蓋体、３８ａ…凹部、４１…台座板、４５…第１慣性センサー、４６…第３慣性センサー、４７…電子部品、４８…吸着剤、５０…第１慣性センサーモジュール、５０ａ…第１面、５０ｂ…第２面、６０…ベース基板、６０ａ…表面、６０ｂ…裏面、６１…実装端子、６２…樹脂、６５…発振器、６６…半導体素子、７０…ベース、７１…実装端子、７２…接合部材、７３…ベース、７７…凸部、７７ａ…上面、８０…リッド、８１…ケース、８２…台座基板、８５…制御ＩＣ、８６…コネクター、８７…電子部品、８８…開口部、８９…凹部、９２…基部、９３…検出用振動腕、９４…連結腕、９５，９６…駆動用振動腕、９７…金属バンプ、１００，２００…慣性計測装置（慣性計測ユニット）、１００～１０４…慣性計測装置、２００…慣性計測装置（慣性計測ユニット）、２０１…振動ジャイロセンサー素子、２０２…ベース、２０３…第１基板、２０３ａ…上面、２０３ｂ…下面、２０４…第２基板、２０５…実装端子、２０６…接合部材、２０７…リッド、３００，３５０…慣性計測装置、Ｓ１～Ｓ３…収容空間、ＳＰ…収容空間。

Claims (10)

1. 第１慣性センサーと、
   前記第１慣性センサーを樹脂製の第１パッケージに収納した第１慣性センサーモジュールと、
   凹部を有し、セラミックからなるベースと、
   蓋体と、を備え、
   前記第１慣性センサーモジュールは、前記ベースと前記蓋体との間の収容空間に収容され、気密封止される、
   慣性計測装置。
2. 前記ベースと前記蓋体とは溶接により接合される
   請求項１に記載の慣性計測装置。
3. 前記収容空間には、ゲッタリング剤が収納される、
   請求項１または２に記載の慣性計測装置。
4. 前記収容空間には、前記第１慣性センサーモジュールと電気的に接続される電子部品が収納される、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の慣性計測装置。
5. 前記第１慣性センサーモジュールは、複数の電極端子を有する第１面と、前記第１面の反対側の面である第２面とを備え、
   前記凹部は、載置面を底部とする収容部と、前記載置面よりも一段高く、前記収容部を囲う周縁部とを有し、
   前記第１慣性センサーモジュールは、前記第２面を前記凹部に向けた状態で、前記載置面に搭載され、
   前記周縁部には、前記電極端子と対応する接続端子が設けられており、
   前記電極端子と、前記周縁部の前記接続端子との間は、ボンディングワイヤーにより接続される、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の慣性計測装置。
6. 前記第１慣性センサーモジュールの前記第２面と、前記載置面との間には、板状のスペーサーが配置される、
   請求項５に記載の慣性計測装置。
7. 前記第１慣性センサーモジュールは、複数の電極端子を有する第１面と、前記第１面の反対側の面である第２面とを備え、
   前記凹部の底部の載置面には、複数の接続端子が設けられており、
   前記第１慣性センサーモジュールは、前記第１面を前記凹部に向けた状態で、前記載置面に搭載され、
   前記電極端子と、前記接続端子との間は、導電性材料により接続される、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の慣性計測装置。
8. 前記第１慣性センサーモジュールは、前記第１慣性センサーが検出する物理量とは異なる物理量を検出する第３慣性センサーを、さらに備え、
   前記第３慣性センサーは、前記第１慣性センサーと共に、前記第１パッケージに収納される、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の慣性計測装置。
   
9. 基板と、
   第２慣性センサーと、前記第２慣性センサーを収容する第２パッケージとを含む第２慣性センサーモジュールと、をさらに備え、
   前記基板上には、
   前記慣性計測装置からなる第１慣性計測装置、および、前記第２慣性センサーモジュールが実装される、
   請求項１～８のいずれか一項に記載の慣性計測装置。
10. 前記第１慣性センサーは、互いに直交する第１軸、第２軸、及び第３軸をそれぞれ検出軸とし、
    前記第２慣性センサーは、前記第３軸を検出軸とし、前記第１慣性センサーの検出精度よりも高い検出精度を有する、
    請求項９に記載の慣性計測装置。

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