JP2024070385A - 電子デバイスの製造方法および電子デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】組立後に蓋体の共振周波数を調整することのできる電子デバイスの製造方法および電子デバイスを提供すること。【解決手段】電子デバイスの製造方法は、基板および蓋体で形成される収容空間に振動素子を収容する収容工程と、前記蓋体の一部を除去して前記蓋体の共振周波数を調整する調整工程と、を含む。また、前記調整工程を行うか否かを判定する検査工程をさらに含む。また、前記検査工程では、前記蓋体の共振周波数が前記振動素子の振動周波数帯内にある場合に前記調整工程を行うと判定する。また、前記調整工程では、レーザー切削により前記蓋体の一部を除去する。【選択図】図11

Description

本発明は、電子デバイスの製造方法および電子デバイスに関する。
特許文献1に記載された振動型センサー装置は、コリオリ力を利用した角速度を検出するものであり、凹部を有するパッケージと、凹部の底面に搭載された制御回路素子と、制御回路素子の上面に搭載された振動型センサー素子と、制御回路素子および振動型センサー素子を覆ってパッケージに接合された上蓋と、を有する。このような構成の振動型センサー装置では、上蓋の共振周波数と振動型センサー素子の振動数とが近いと、上蓋と振動型センサー素子とが共鳴し、振動型センサー装置の検出精度を劣化させる。そこで、特許文献1では、上蓋の側面を段差構造にして上蓋の共振周波数を調節している。
特開2013-088337号公報
しかしながら、特許文献1の振動型センサー装置では、上蓋の形状によってその共振周波数を調整するため、振動型センサー装置を組み立てた後に上蓋の共振周波数を調整することが困難である。そのため、製造ばらつきに対応することが困難であるという問題がある。
本発明の電子デバイスの製造方法は、基板および蓋体で形成される収容空間に振動素子を収容する収容工程と、
前記蓋体の一部を除去して前記蓋体の共振周波数を調整する調整工程と、を含む。
本発明の電子デバイスは、基板と、
前記基板に搭載され、振動素子を備える電子部品と、
前記基板に搭載され、前記電子部品を覆う蓋体と、を有し、
前記蓋体は、一部が除去されたことにより形成され、周囲の部分よりも薄い周波数調整痕を有する。
第1実施形態に係る電子デバイスを示す上面図である。 図1の電子デバイスから蓋体およびモールド部を省略した上面図である。 図1の電子デバイスの下面図である。 振動素子を示す平面図である。 振動素子の駆動状態を示す模式図である。 振動素子の駆動状態を示す模式図である。 角速度センサーの断面図である。 角速度センサーの断面図である。 角速度センサーの断面図である。 図2中のA-A線断面図である。 電子デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 電子デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 キャップの一部を除去する方法の一例を示す上面図である。 キャップの一部を除去する方法の一例を示す上面図である キャップの一部を除去する方法の一例を示す断面図である。 第2実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。
以下、本発明の電子デバイスを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図4ないし図6を除く各図には、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軸が鉛直方向に沿っており、矢印側を「上」、反対側を「下」とも言う。また、図4ないし図6には、互いに直交する3軸をA軸、B軸およびC軸として図示している。A軸と平行な方向を「A軸方向」とも言い、B軸と平行な方向を「B軸方向」とも言い、C軸と平行な方向を「C軸方向」とも言う。なお、X、Y、Z座標系は、電子デバイスに設定されたものであり、A、B、C座標系は、角速度センサーに設定されたものである。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る電子デバイスを示す上面図である。図2は、図1の電子デバイスから蓋体およびモールド部を省略した上面図である。図3は、図1の電子デバイスの下面図である。図4は、振動素子を示す平面図である。図5および図6は、振動素子の駆動状態を示す模式図である。図7ないし図9は、それぞれ、角速度センサーの断面図である。図10は、図2中のA-A線断面図である。図11および図12は、電子デバイスの製造方法を示すフローチャートである。図13および図14は、それぞれ、キャップの一部を除去する方法の一例を示す上面図である。図15は、キャップの一部を除去する方法の一例を示す断面図である。
図1ないし図3に示す電子デバイス1は、QFP(Quad Flat Package)構造である。また、電子デバイス1は、基板2と、基板2の上面21に搭載された3つの角速度センサー3x、3y、3zと、これら3つの角速度センサー3x、3y、3zを覆うように基板2に被せられた蓋体としてのキャップ10と、基板2の下面22に搭載された電子部品6と、基板2から延出するリード群7と、電子部品6をモールド封止すると共にキャップ10を基板2に接合するモールド部9と、を有する。
≪基板2≫
基板2は、平面視形状が略正方形の板状であり、互いに表裏関係にある上面21および下面22を有する。基板2は、セラミック基板であり、アルミナ、チタニア等の各種セラミック材料で構成されている。これにより、高い耐食性と優れた機械的強度とを有する基板2となる。また、吸湿し難く耐熱性にも優れるため、例えば、電子デバイス1の製造時に加わる熱によるダメージを受け難い。ただし、基板2は、セラミック基板に限定されず、例えば、各種半導体基板、各種ガラス基板、各種プリント基板等を用いることもできる。
また、図2に示すように、上面21には、角速度センサー3xと電気的に接続された端子P3xと、角速度センサー3yと電気的に接続された端子P3yと、角速度センサー3zと電気的に接続された端子P3zと、が形成されている。一方、図3に示すように、下面22には、電子部品6と電気的に接続された端子P6と、リード群7と電気的に接続された端子P7と、が形成されている。これら各端子P3x、P3y、P3z、P6、P7は、基板2に形成された図示しない配線を介して電気的に接続されている。
≪角速度センサー3x、3y、3z≫
図2に示すように、角速度センサー3x、3y、3zは、それぞれ、基板2の上面21に搭載されている。また、角速度センサー3x、3y、3zは、それぞれ、パッケージ化された表面実装部品である。これにより、素子が剥き出しの実装部品と比べて高い機械的強度を発揮することができる。さらに、角速度センサー3x、3y、3zの基板2への搭載が容易となる。
角速度センサー3xは、X軸まわりの角速度を検出し、角速度センサー3yは、Y軸まわりの角速度を検出し、角速度センサー3zは、Z軸まわりの角速度を検出する。これら角速度センサー3x、3y、3zは、それぞれ、基本的構成が同じであり、検出軸がX軸、Y軸およびZ軸を向くように互いに姿勢を直交させて配置されている。
角速度センサー3x、3y、3zは、それぞれ、パッケージ31と、パッケージ31に収容された振動素子34と、を有する。また、パッケージ31は、凹部を有し、凹部内に収容された振動素子34を支持する箱型のベース32と、凹部の開口を塞ぐようにベース32に接合されたリッド33と、を有する。また、ベース32には、振動素子34と電気的に接続された接続端子39が形成されている。また、ベース32は、アルミナ、チタニア等のセラミック材料で構成され、リッド33は、コバール等の金属材料で構成されている。これにより、ベース32とリッド33との線膨張係数差が小さくなり、熱応力の発生を効果的に抑制することができる。
振動素子34は、例えば、駆動腕および振動腕を有する水晶振動素子である。水晶振動素子では、駆動信号を印加して駆動腕を駆動振動させた状態で検出軸まわりの角速度が加わると、コリオリの力によって検出腕に検出振動が励振される。そして、検出振動により検出腕に発生する電荷を検出信号として取り出し、取り出した検出信号に基づいて角速度を求めることができる。
振動素子34の構成は、特に限定されないが、本実施形態の振動素子34は、図4に示す構成である。なお、図4では、互いに直交する3軸であるA軸、B軸およびC軸を図示している。振動素子34は、中央部に位置する基部341と、基部341からB軸方向両側に延出する一対の検出振動腕342、343と、基部341からA軸方向両側へ延出する一対の支持腕344、345と、一方の支持腕344の先端部からB軸方向両側に延出する一対の駆動振動腕346、347と、他方の支持腕345の先端部からB軸方向両側に延出する一対の駆動振動腕348、349と、を有する。このような振動素子34は、基部341においてベース32に支持される。
また、振動素子34は、検出振動腕342の両主面に配置された第1検出信号電極351と、検出振動腕342の両側面に配置された第1検出接地電極352と、検出振動腕343の両主面に配置された第2検出信号電極353と、検出振動腕343の両側面に配置された第2検出接地電極354と、駆動振動腕346、347の両主面および駆動振動腕348、349の両側面に配置された駆動信号電極355と、駆動振動腕346、347の両側面および駆動振動腕348、349の両主面に配置された駆動接地電極356と、を有する。
駆動信号電極355と駆動接地電極356との間に駆動信号を印加すると、図5に示すように、駆動振動腕346、347と駆動振動腕348、349とがA-B平面に沿ってA軸方向に逆相で屈曲振動する(以下、この状態を「駆動振動モード」とも言う)。この状態では、駆動振動腕346、347、348、349の振動がキャンセルされ、検出振動腕342、343は、実質的に振動しない。駆動振動モードで駆動している状態で振動素子34にC軸まわりの角速度ωcが加わると、図6に示すように、駆動振動腕346、347、348、349にコリオリの力が働いてB軸方向の屈曲振動が励振され、この屈曲振動に呼応するように検出振動腕342、343がA軸方向に屈曲振動する(以下、この状態を「検出振動モード」とも言う)。
このような屈曲振動によって検出振動腕342に発生した電荷を第1検出信号電極351から第1出力信号として取り出し、検出振動腕343に発生した電荷を第2検出信号電極353から第2出力信号として取り出し、これら第1、第2出力信号に基づいて角速度ωcが求められる。
以上、角速度センサー3x、3y、3zの構成について説明した。図7に示すように、角速度センサー3xは、C軸がX軸に沿うように配置されている。そのため、振動素子34は、Y-Z平面に沿って振動する。また、角速度センサー3xは、ベース32の側面において複数の導電性の接合部材B3xを介して基板2の上面21に接合されている。また、各接続端子39は、接合部材B3xを介して所定の端子P3xと電気的に接続されている。
また、図8に示すように、角速度センサー3yは、C軸がY軸に沿うように配置されている。そのため、振動素子34は、X-Z面に沿って振動する。また、角速度センサー3yは、ベース32の側面において複数の導電性の接合部材B3yを介して基板2の上面21に接合されている。また、各接続端子39は、接合部材B3yを介して所定の端子P3yと電気的に接続されている。
また、図9に示すように、角速度センサー3zは、C軸がZ軸に沿うように配置されている。そのため、振動素子34は、X-Y平面に沿って振動する。また、角速度センサー3zは、ベース32の底面において複数の導電性の接合部材B3zを介して基板2の上面21に接合されている。また、各接続端子39は、接合部材B3zを介して所定の端子P3zと電気的に接続されている。
なお、以下では、角速度センサー3xの振動素子34を「振動素子34x」、角速度センサー3yの振動素子34を「振動素子34y」、角速度センサー3zの振動素子34を「振動素子34z」とも言う。電子デバイス1では、振動素子34xの駆動振動モードでの振動周波数fxと、振動素子34yの駆動振動モードでの振動周波数fyと、振動素子34zの駆動振動モードでの振動周波数fzと、が互いに異なっている。つまり、fx≠fy≠fzである。これにより、振動素子34x、34y、34z同士の干渉(共鳴)が抑制され、角速度検出特性の低下を効果的に抑制することができる。
以上のように、本実施形態では、電子デバイス1が振動素子34として3つの振動素子34x、34y、34zを有するが、これに限定されず、少なくとも1つの振動素子34を有すればよい。そのため、例えば、角速度センサー3x、3y、3zから1つまたは2つを省略してもよい。
≪キャップ10≫
図10に示すように、キャップ10は、基板2の上面21に接合されており、角速度センサー3x、3y、3zを覆っている。キャップ10は、ハット型であり、下面に開口する凹部を有する基部101と、基部101の下端部から外周側に突出する環状のフランジ部102と、を有する。このようなキャップ10は、凹部内に角速度センサー3x、3y、3zを収容するようにして基板2の上面21に配置されている。そして、モールド部9によってフランジ部102が基板2に接合されている。このように、角速度センサー3x、3y、3zを収容するキャップ10を設けることで、角速度センサー3x、3y、3zを水分、埃、衝撃等から保護することができる。なお、キャップ10内は、大気封止されている。ただし、これに限定されず、例えば、減圧封止、陽圧封止されてもよいし、窒素、アルゴン等の安定したガスに置換してもよい。また、キャップ10が気密封止されていなくてもよい。
また、キャップ10は、導電性を有し、例えば、金属材料で構成されている。特に、本実施形態では、鉄-ニッケル系合金である42アロイで構成されている。これにより、セラミック基板からなる基板2とキャップ10との線膨張係数差を十分に小さくすることができ、これらの線膨張係数差に起因する熱応力を効果的に抑制することができる。したがって、環境温度に影響を受け難く、安定した特性を有する電子デバイス1となる。
また、キャップ10は、電子デバイス1の使用時にグランド(GND)に接続される。これにより、キャップ10が外部からの電磁ノイズを遮断するシールドとして機能し、キャップ10の内部に収容された角速度センサー3x、3y、3zの駆動が安定する。ただし、キャップ10の構成材料としては、42アロイに限定されず、例えば、SUS材等の金属材料、各種セラミック材料、各種樹脂材料、シリコン等の半導体材料、各種ガラス材料等を用いることもできる。
このようなキャップ10が振動素子34x、34y、34zと共鳴してしまうと、振動素子34x、34y、34zに不要振動が生じ、角速度センサー3x、3y、3zからのゼロ点出力が変動して電子デバイス1の検出精度が低下するおそれがある。なお、前記「ゼロ点出力」とは、角速度が加わっていない静止状態における角速度センサー3x、3y、3zからの出力を意味する。
そこで、電子デバイス1では、電子デバイス1を組み立てた後に必要に応じてキャップ10の一部を除去してキャップ10の共振周波数fcを低周波側へシフトさせることにより、振動素子34x、34y、34zの振動周波数から十分に離間させている。これにより、振動素子34x、34y、34zとキャップ10との共鳴が抑制され、振動素子34x、34y、34zに不要振動が生じ難くなり、ゼロ点出力の変動が抑えられる。したがって、電子デバイス1の検出精度の低下を効果的に抑制することができる。
なお、キャップ10の共振周波数fcは、温度依存性を有しており、温度によって変動する。これに対して、電子デバイス1には、期待された機能を保持し正常に動作する範囲として動作温度範囲が設定されている。一般的には、動作温度範囲は、電子デバイス1の包装箱や取扱説明書の製品仕様欄等に記載されている。動作温度範囲としては、特に限定されず、電子デバイス1の構成によって異なるが、例えば、-40℃~+85℃である。
そのため、電子デバイス1では、動作温度範囲の全域において共振周波数fcが振動周波数fx、fy、fzから十分に離間している。これにより、各角速度センサー3x、3y、3zのゼロ点出力の温度ドリフト、すなわち、温度変化に伴うゼロ点出力の変動が抑制され、優れた角速度検出特性を発揮することができる。
図10に示すように、キャップ10には、その一部が除去されたことによる周波数調整痕103が形成される。周波数調整痕103は、キャップ10の一部を除去して形成されるため、周囲の部分よりも厚さが小さい。言い換えると、キャップ10内に、周囲の部分よりも厚さが小さい部分があれば、当該部分を周波数調整痕103と推定することもできる。
キャップ10の基部101は、板状の頂部101aと、頂部101aの外縁部から立設する枠状の側壁部101bと、を有しており、頂部101aに周波数調整痕103が形成されている。このように、頂部101aに周波数調整痕103を形成することにより、キャップ10の一部を除去する作業をキャップ10の上方から行うことができるため、当該作業が容易となる。ただし、これに限定されず、例えば、側壁部101bに周波数調整痕103を形成してもよい。なお、キャップ10の一部を除去する作業については、後述する電子デバイス1の製造方法にて詳細に説明する。
≪電子部品6≫
図3および図10に示すように、電子部品6は、基板2の下面22に搭載されている。電子部品6は、パッケージ化された表面実装部品である。これにより、素子が剥き出しの実装部品と比べて高い機械的強度を発揮することができる。さらに、電子部品6の基板2への実装も容易となる。
電子部品6は、基板2の下面に接合された回路素子5と、回路素子5上に接合された加速度センサー4と、を有する。また、回路素子5は、ボンディングワイヤーを介して端子P6に電気的に接続され、加速度センサー4は、ボンディングワイヤーを介して回路素子5に電気的に接続されている。
加速度センサー4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ことができる3軸加速度センサーである。また、回路素子5は、角速度センサー3x、3y、3z、加速度センサー4およびリード群7と電気的に接続されている。回路素子5は、角速度センサー3x、3y、3zおよび加速度センサー4の駆動を制御する制御回路51と、外部との通信を行うインターフェース回路52と、を有する。
制御回路51は、角速度センサー3x、3y、3zおよび加速度センサー4の駆動を独立して制御し、角速度センサー3x、3y、3zおよび加速度センサー4から出力される検出信号に基づいて、X軸、Y軸およびZ軸の各軸まわりの角速度および各軸方向の加速度を独立して検出する。インターフェース回路52は、信号の送受信を行い、外部装置からの指令を受け付けたり、検出した角速度および加速度を外部装置に出力したりする。
以上、電子部品6について説明したが、電子部品6の構成としては、特に限定されない。また、電子部品6は、省略してもよい。
≪リード群7≫
図3および図10に示すように、リード群7は、基板2の下面22側に位置し、導電性の接合部材B7を介して基板2の下面22に接合された複数のリード71を有する。複数のリード71は、基板2の四辺に沿ってほぼ均等に設けられている。また、複数のリード71は、接合部材B7を介して端子P7と電気的に接続されている。
≪モールド部9≫
図10に示すように、モールド部9は、電子部品6をモールドし、水分、埃、衝撃等から保護する。また、モールド部9は、基板2と各リード71との接続部をモールドし、当該部分を機械的に補強すると共に、水分、埃、衝撃等から保護する。また、モールド部9は、キャップ10と基板2とを接合している。モールド部9を構成するモールド材としては、特に限定されず、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂、その他、硬化型の樹脂材料を用いることができる。また、モールド部9は、例えば、トランスファーモールド法等によって形成することができる。
以上、電子デバイス1の構成について説明した。このような電子デバイス1は、前述したように、基板2と、基板2に搭載され、振動素子34x、34y、34zを備える電子部品としての角速度センサー3x、3y、3zと、基板2に搭載され、角速度センサー3x、3y、3zを覆う蓋体としてのキャップ10と、を有する。そして、キャップ10は、一部が除去されたことにより形成され、周囲の部分よりも薄い周波数調整痕103を有する。
このような構成では、電子デバイス1を組み立てた後に必要に応じてキャップ10の一部を除去してキャップ10の共振周波数fcを低周波側へシフトさせることにより、共振周波数fcを振動素子34x、34y、34zの振動周波数fx、fy、fzから十分に離間させている。これにより、振動素子34x、34y、34zとキャップ10との共鳴が抑制され、振動素子34x、34y、34zに不要振動が生じ難くなり、ゼロ点出力の変動が抑えられる。したがって、電子デバイス1の検出精度の低下を効果的に抑制することができる。また、電子デバイス1を組み立ててから共振周波数fcの調整を行うため、電子デバイス1の製造ばらつきや角速度センサー3x、3y、3zの個体差に対応することが容易である。
次に、電子デバイス1の製造方法について説明する。図11に示すように、電子デバイス1の製造方法は、基板2およびキャップ10で形成される収容空間に振動素子34を収容する収容工程S1と、調整工程S3を行うか否かを判定する検査工程S2と、キャップ10の一部を除去してキャップ10の共振周波数を調整する調整工程S3と、調整工程S3を行うか否かを再判定する再検査工程S4と、検査工程S2または再検査工程S4を通った電子デバイス1に対して別の検査を行う別検査工程S5と、を含む。以下、図12に示すフローチャートに基づいて、これら各工程S1~S5について詳細に説明する。
[収容工程S1]
収容工程S1は、電子デバイス1を組み立てる工程である。電子デバイス1を組み立てる方法としては、特に限定されないが、まず、基板2にリード群7を接合する。次に、基板2の上面21に角速度センサー3x、3y、3zを搭載する。次に、基板2の下面22に電子部品6を搭載する。次に、角速度センサー3x、3y、3zを覆うようにして基板2にキャップ10を被せる。これにより、基板2とキャップ10との間に角速度センサー3x、3y、3zが収容される。次に、モールド部9を形成して、電子部品6をモールドすると共に、基板2とキャップ10とを接合する。次に、各リード71を折り曲げて整形する。以上より、電子デバイス1が得られる。
[検査工程S2]
検査工程S2では、キャップ10の共振周波数fcの調整が必要か否かを検査する。検査方法としては、特に限定されないが、例えば、次の方法が挙げられる。まず、電子デバイス1の温度を動作温度範囲で変化させながら角速度センサー3x、3y、3zのゼロ点出力を計測し、角速度センサー3x、3y、3z毎に、温度変化に起因するゼロ点出力の変動を検出する。そして、これら3つのゼロ点出力の少なくとも1つについて、ある温度帯にピークが立つ等、ゼロ点出力の変動が予め定められた基準値よりも大きければ、共振周波数fcが振動周波数fx、fy、fzに接近しており、これらが共鳴していると推定し、共振周波数fcの調整が必要であると判定する。反対に、3つ全てのゼロ点出力について、ゼロ点出力の変動が予め定められた基準値未満であれば、共振周波数fcが振動周波数fx、fy、fzから十分に離間しており、これらが共鳴していないと推定し、共振周波数fcの調整が不要であると判定する。このような方法によれば、簡単かつ精度よく、共振周波数fcの調整の要否を判定することができる。
また、次の方法によってキャップ10の共振周波数調整の要否を判定してもよい。前提として、電子デバイス1では、各角速度センサー3x、3y、3zについて振動周波数帯Tfx、Tfy、Tfzが設定されている。振動周波数帯Tfxは、振動素子34xの振動周波数fxを基準とし、振動素子34xの個体差を加味して設定された周波数帯である。また、振動周波数帯Tfyは、振動素子34yの振動周波数fyを基準とし、振動素子34yの個体差を加味して設定された周波数帯である。また、振動周波数帯Tfzは、振動素子34zの振動周波数fzを基準とし、振動素子34zの個体差を加味して設定された周波数帯である。特に限定されないが、振動周波数帯Tfx、Tfy、Tfxは、それぞれ、振動周波数fz、fx、fyの±0.5%程度に設定される。また、一般的には、振動周波数帯Tfx、Tfy、Tfzは、前述した使用温度範囲と同様に、電子デバイス1の包装箱や取扱説明書の製品仕様欄等に記載されている。
この方法では、まず、レーザードップラー計測器を用いて常温でのキャップ10の共振周波数fcを検出し、その結果に基づいてシミュレーション、実験データなどから動作温度範囲内での共振周波数fcの変化を推定する。次に、推定結果と振動周波数fx、fy、fxとを比較し、共振周波数fcと振動周波数fx、fy、fzとの差が予め定められた基準値未満であれば、キャップ10と振動素子34x、34y、34zとが共鳴するおそれが高いと推定し、共振周波数fcの調整が必要であると判定する。反対に、共振周波数fcと振動周波数fx、fy、fzとの差が予め定められた基準値以上であれば、キャップ10と振動素子34x、34y、34zとが共鳴するおそれが低いと推定し、共振周波数fcの調整が不要であると判定する。
特に、振動周波数帯Tfx、Tfy、Tfzを基準値とし、動作温度範囲内の少なくとも一部の温度帯で共振周波数fcが振動周波数帯Tfz、Tfx、Tfy内にあれば、共振周波数fcの調整が必要であると判定し、動作温度範囲の全温度帯で共振周波数fcが振動周波数帯Tfz、Tfx、Tfy外にあれば、共振周波数fcの調整が不要であると判定する。このような方法によれば、基準が明確となり、共振周波数fcの調整の要否を容易に判定することができる。
本工程S2において、共振周波数fcの調整が不要であると判定された場合には、別検査工程S5へ移行する。反対に、共振周波数fcの調整が必要であると判定された場合には、調整工程S3へ移行する。これにより、共振周波数fcの調整が必要な電子デバイス1だけが調整工程S3に進むため、調整工程S3に進む電子デバイス1の数を減らすことができる。そのため、電子デバイス1の製造効率が向上する。
[調整工程S3]
調整工程S3では、キャップ10の共振周波数fcが振動素子34x、34y、34zの振動周波数fx、fy、fyから十分に離間するように、キャップ10の一部を除去して共振周波数fcを低周波側へシフトさせる。キャップ10の一部を除去する方法としては、特に限定されないが、本実施形態では、レーザー切削を用いている。これにより、除去量を高精度に制御することができる。そのため、共振周波数fcを高精度に調整することができる。また、除去部分は、特に限定されないが、本実施形態では、頂部101aの一部を除去する。これにより、キャップ10の上方からレーザーを照射することができるため、除去作業が容易となる。ただし、これに限定されず、頂部101aに替えて、または、加えて側壁部101bの一部を除去してもよい。
[再検査工程S4]
再検査工程S4では、調整工程S3を終えた電子デバイス1に対して、キャップ10の共振周波数fcの再調整が必要か否かを検査する。検査方法は、前述した検査工程S2と同様である。そして、共振周波数fcの再調整が必要な場合は、次が何回目の調整工程S3であるかを判定する。そして、次の調整工程S3が所定回数N以下の場合は、再び調整工程S3に移行し、所定回数Nを超える場合は、不良品であるとして廃棄する。このように調整工程S3の回数に制限を設けることにより、不良品の早期分別が可能となり、電子デバイス1の製造効率が向上する。また、過度な除去によるキャップ10の機械的強度の低下を抑制することもできる。なお、所定回数Nとしては、特に限定されないが、本実施形態では5回に設定されている。
ここで、再び調整工程S3の説明に戻る。一度の調整工程S3におけるキャップ10の除去量は、一定であってもよいし、その都度異なっていてもよい。除去量が一定の場合は、一度の調整工程S3で除去する量を比較的少なく設定しておき、調整工程S3と再検査工程S4とを繰り返しながらキャップ10の共振周波数fcを徐々に調整することができる。そのため、工数が増える傾向にはあるが、キャップ10を一度に削り過ぎることがなくキャップ10の共振周波数fcを徐々に低周波側にシフトさせることができる。したがって、より確実に、振動周波数fx、fy、fzから十分に離間する位置に共振周波数fcをシフトさせることができる。
この場合、図13に示すように、互いに深さおよび面積が同じであり、1回目の調整工程S3で削除する領域Q1、2回目の調整工程S3で削除する領域Q2、3回目の調整工程S3で削除する領域Q3、4回目の調整工程S3で削除する領域Q4および5回目の調整工程S3で削除する領域Q5を予め設定しておき、その順番で削除してもよい。これにより、調整工程S3を何回行ったかが明確となり、故障時の解析等に利用することができる。
一方、キャップ10の除去量がその都度異なる場合は、例えば、シミュレーション、実験データ等に基づいて単位除去量(例えば、1μg)あたりの共振周波数fcの変化量Δfcを予め算出して記憶しておく。そして、検査工程S2での検査結果から、共振周波数fcを振動周波数fx、fy、fzから十分に離間した位置までシフトさせるのに必要な共振周波数fcの調整量を算出し、さらに、算出した共振周波数fcの調整量に対応するキャップ10の除去量を算出する。そして、算出した除去量がキャップ10から除去されるようにレーザー切削を行う。これにより、一度の調整工程S3で、その個体に適した量が除去されるため、共振周波数fcの調整にかかる工数を少なくすることができ、電子デバイス1の製造効率が向上する。
なお、この際、図14に示すように、共振周波数fcの調整量つまりキャップ10の除去量に応じた広さを除去してもよい。つまり、除去深さを一定とし、除去する面積で除去量をコントロールしてもよい。これにより、キャップ10を深く削り過ぎて穴が開き、キャップ10の気密性封止状態が崩壊するのを抑制することができる。反対に、図15に示すように、共振周波数fcの調整量つまりキャップ10の除去量に応じた厚さを除去してもよい。つまり、除去面積を一定とし、除去する深さで除去量をコントロールしてもよい。これにより、キャップ10を局所的に切削することができ、キャップ10の機械的強度の低下を抑制することができる。
以上、電子デバイス1の製造方法について説明した。このような電子デバイス1の製造方法によれば、電子デバイス1を組み立ててからキャップ10の共振周波数fcを調整する。そのため、個体毎に共振周波数fcの調整量を変化させることができ、電子デバイス1の製造ばらつきや角速度センサー3x、3y、3zの個体差に対応することが容易である。
このような電子デバイス1の製造方法は、前述したように、基板2および蓋体としてのキャップ10で形成される収容空間に振動素子34x、34y、34zを収容する収容工程S1と、キャップ10の一部を除去してキャップ10の共振周波数fcを調整する調整工程S3と、を含む。このような方法では、電子デバイス1を組み立てた後に必要に応じてキャップ10の一部を除去してキャップ10の共振周波数fcを低周波側へシフトさせることにより、共振周波数fcを振動素子34x、34y、34zの振動周波数fx、fy、fzから十分に離間させている。これにより、振動素子34x、34y、34zとキャップ10との共鳴が抑制され、振動素子34x、34y、34zに不要振動が生じ難くなり、ゼロ点出力の変動が抑えられる。したがって、電子デバイス1の検出精度の低下を効果的に抑制することができる。また、電子デバイス1を組み立ててから共振周波数fcの調整を行うため、電子デバイス1の製造ばらつきや角速度センサー3x、3y、3zの個体差に対応することが容易である。
また、前述したように、電子デバイス1の製造方法は、調整工程S3を行うか否かを判定する検査工程S2をさらに含む。これにより、共振周波数fcの調整が必要な電子デバイス1だけが調整工程S3に進むため、調整工程S3に進む電子デバイス1の数を減らすことができる。そのため、電子デバイス1の製造効率が向上する。
また、前述したように、検査工程S2では、キャップ10の共振周波数fcが振動素子34x、34y、34zの振動周波数帯Tfx、Tfy、Tfz内にある場合に調整工程S3を行うと判定する。このような方法によれば、基準が明確となり、共振周波数fcの調整の要否を容易に判定することができる。
また、前述したように、調整工程S3では、レーザー切削によりキャップ10の一部を除去する。これにより、除去量を高精度に制御することができる。そのため、共振周波数fcを高精度に調整することができる。
また、前述したように、キャップ10は、頂部101aと、頂部101aの外縁部から立設する側壁部101bと、を有し、調整工程S3では、レーザー切削により頂部101aの一部を除去する。
また、前述したように、調整工程S3では、共振周波数fcの調整量に応じた広さを除去する。これにより、キャップ10を深く削り過ぎて穴が開き、キャップ10の気密性封止状態が崩壊するのを抑制することができる。
また、前述したように、調整工程S3では、共振周波数fcの調整量に応じた厚さを除去する。これにより、キャップ10を局所的に切削することができ、キャップ10の機械的強度の低下を抑制することができる。
<第2実施形態>
図16は、第2実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。
本実施形態の電子デバイス1は、モールド部9が省略されたことと、電子部品6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、本実施形態の図において、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16に示すように、本実施形態の電子デバイス1では、前述した第1実施形態からモールド部9が省略されており、電子部品6が露出している。その代わり、電子部品6は、パッケージ化された表面実装部品となっており、前述した第1実施形態では剥き出しとなっていた加速度センサー4および回路素子5を収容するパッケージ61を有する。
パッケージ61は、凹部を有する箱型のベース62と、凹部の開口を塞ぐようにベース62に接合されたリッド63と、を有する。ベース62は、アルミナ、チタニア等のセラミック材料で構成され、リッド63は、コバール等の金属材料で構成されている。このように、加速度センサー4および回路素子5をパッケージ61に収容することで、加速度センサー4および回路素子5が暴露せず、これらを保護することができる。
電子部品6は、パッケージ61の底面において導電性の接合部材B6を介して基板2の下面22に接合されている。パッケージ61の底面には回路素子5と電気的に接続された端子65が形成されており、この端子65が接合部材B6を介して端子P6と電気的に接続されている。
また、キャップ10は、フランジ部102において接合部材を介して基板2の上面21に接合されている。
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。
以上、本発明の電子デバイスの製造方法および電子デバイス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。また、任意の目的の工程が付加されたものであってもよい。
1…電子デバイス、10…キャップ、101…基部、101a…頂部、101b…側壁部、102…フランジ部、103…周波数調整痕、2…基板、21…上面、22…下面、3x…角速度センサー、3y…角速度センサー、3z…角速度センサー、31…パッケージ、32…ベース、33…リッド、34…振動素子、34x…振動素子、34y…振動素子、34z…振動素子、341…基部、342…検出振動腕、343…検出振動腕、344…支持腕、345…支持腕、346…駆動振動腕、347…駆動振動腕、348…駆動振動腕、349…駆動振動腕、351…第1検出信号電極、352…第1検出接地電極、353…第2検出信号電極、354…第2検出接地電極、355…駆動信号電極、356…駆動接地電極、39…接続端子、4…加速度センサー、5…回路素子、51…制御回路、52…インターフェース回路、6…電子部品、61…パッケージ、62…ベース、63…リッド、65…端子、7…リード群、71…リード、9…モールド部、B3x…接合部材、B3y…接合部材、B3z…接合部材、B6…接合部材、B7…接合部材、P3x…端子、P3y…端子、P3z…端子、P6…端子、P7…端子、Q1…領域、Q2…領域、Q3…領域、Q4…領域、Q5…領域、S1…収容工程、S2…検査工程、S3…調整工程、S4…再検査工程、S5…別検査工程、fc…共振周波数、ωc…角速度

Claims (8)

  1. 基板および蓋体で形成される収容空間に振動素子を収容する収容工程と、
    前記蓋体の一部を除去して前記蓋体の共振周波数を調整する調整工程と、を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  2. 前記調整工程を行うか否かを判定する検査工程をさらに含む請求項1に記載の電子デバイスの製造方法。
  3. 前記検査工程では、前記蓋体の共振周波数が前記振動素子の振動周波数帯内にある場合に前記調整工程を行うと判定する請求項2に記載の電子デバイスの製造方法。
  4. 前記調整工程では、レーザー切削により前記蓋体の一部を除去する請求項1に記載の電子デバイスの製造方法。
  5. 前記蓋体は、頂部と、前記頂部の外縁部から立設する側壁部と、を有し、
    前記調整工程では、レーザー切削により前記頂部の一部を除去する請求項4に記載の電子デバイスの製造方法。
  6. 前記調整工程では、前記共振周波数の調整量に応じた広さを除去する請求項1に記載の電子デバイスの製造方法。
  7. 前記調整工程では、前記共振周波数の調整量に応じた厚さを除去する請求項1に記載の電子デバイスの製造方法。
  8. 基板と、
    前記基板に搭載され、振動素子を備える電子部品と、
    前記基板に搭載され、前記電子部品を覆う蓋体と、を有し、
    前記蓋体は、一部が除去されたことにより形成され、周囲の部分よりも薄い周波数調整痕を有することを特徴とする電子デバイス。
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