传感器单元、电子设备、以及移动体的制作方法

本发明涉及一种传感器单元、具备该传感器单元的电子设备、以及移动体。

背景技术：

一直以来，已知有例如专利文件1所公开的这种如下的传感器模块，该传感器模块在被支座支承的电路基板上搭载有使驱动部进行振动的振动型角速度传感器、具备可动体的加速度传感器等的惯性传感器、连接器等的电子部件，并且电路基板与电子部件通过盖部件而被覆盖。在该传感器模块中，连接器从被设置于盖部件的侧面上的开口部中露出。搭载了传感器模块的电子设备的安装基板(控制电路)与传感器模块的电连接，是通过从实施嵌合的连接器起延伸的电缆或柔性配线基板等的连接部件来实现的。

然而，在上述的结构中，电子设备的安装基板与传感器模块的电连接，是通过从实施嵌合的连接器起延伸的电缆或柔性配线基板等的连接部件来实现的。该连接部件的从连接器起延伸的部分具有发生共振的共振频率。而且，当施加有共振频率附近的频率的振动时，将成为共振状态并将振动放大，并且该振动将经由连接器而向电路基板以及惯性传感器传播。具体而言，具有如下可能性，即，振动被传输至振动型角速度传感器的驱动部或加速度传感器的可动体上，从而对惯性传感器的检测、输出特性造成影响。

专利文件1：日本特开2013-19826号公报

技术实现要素：

本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的发明，并且能够作为以下方式或应用例来实现。

应用例一

本应用例所涉及的传感器单元的特征在于，包括：基板，其上设置有惯性传感器和与所述惯性传感器连接的连接器；支座，其搭载所述基板，且具备使所述连接器露出的开口部，在所述基板与所述支座之间设置有间隙，所述惯性传感器设置在俯视观察时与所述间隙重叠的位置上。

根据本应用例，由于连接器从支座的开口部中露出，因此能够将连接有传感器单元的安装基板的连接器与传感器单元的连接器直接连接。由此，无需一直以来所使用的配线或柔性配线基板等，从而不会产生如下情况，即，配线或柔性配线基板的共振现象经由基板而向惯性传感器传播，从而给惯性传感器的特性带来影响。此外，由于惯性传感器被设置在俯视观察时与被设置于支座与基板之间的间隙重叠的位置上，因此不易受到从支座承受的应力变动(热变形、振动、冲击等)。由此，本示例的传感器单元能够抑制来自外部的共振振动、应力变动等，并能够实施进行更稳定的测定。

应用例二

在上述应用例所记载的传感器单元中，优选为，在所述基板上设置有与所述支座接合的支座接合区域、和俯视观察时与所述间隙重叠的非支座接合区域，所述惯性传感器被设置于所述非支座接合区域内。

根据本应用例，由于惯性传感器被设置在俯视观察时与并未接合有支座和基板的间隙重叠的非支座接合区域内，因此从支座承受的应力变动(热变形、振动、冲击等)不易传播至惯性传感器上。由此，能够抑制来自外部的共振振动、应力变动等对惯性传感器的测定的影响，从而能够实施更稳定的测定。

应用例三

在上述应用例所记载的传感器单元中，优选为，所述基板的所述支座接合区域被设置于所述开口部的周围。

根据本应用例，由于在连接器的周围设置有接合了基板和支座的支座接合区域，因此减少了连接有连接器的周边的基板的挠曲，并能够更顺畅且可靠地实施连接器的装卸。

应用例四

在上述应用例所记载的传感器单元中，优选为，在所述连接器的外周部与所述开口部的边缘之间设置有填充材料。

根据本应用例，由于通过被设置于连接器的外周部与开口部的边缘之间的填充材料，从而堵塞了连接器的外周部与开口部的边缘之间的开口，因此能够防止来自开口的水分、灰尘等的异物侵入。

应用例五

在上述应用例所记载的传感器单元中，优选为，所述连接器的输入输出面位于所述支座的内侧。

根据本应用例，连接器未从支座的接合有所述基板的面的相反面、即支座的安装基板侧的面突出。由此，能够防止由意外状况造成的连接器的破损。

应用例六

在上述应用例所记载的传感器单元中，优选为，具备对所述基板进行覆盖的盖部件，所述盖部件与所述支座连接。

根据本应用例，由于盖部件与支座连接，因此能够通过该盖部件而对被连接或安装在基板上的惯性传感器与连接器等的部件进行保护。此外，能够防止水分、灰尘等的异物侵入，从而能够提高传感器单元的可靠性。

应用例七

本应用例所涉及的电子设备的特征在于，具备上述应用例中任意一个示例所记载的传感器单元。

根据本应用例，由于具备了能够抑制从外部施加于惯性传感器上的共振振动、应力变动等并能够实施更稳定的测定的传感器单元，因此能够提供一种可靠性更高的电子设备。

应用例八

本应用例所涉及移动体的特征在于，具备上述应用例中的任意一个示例所记载的传感器单元。

根据本应用例，由于具备了能够抑制从外部施加于惯性传感器上的共振振动、应力变动等并能够实施更稳定的测定的传感器单元，因此能够提供一种可靠性更高的移动体。

附图说明

图1表示实施方式所涉及的传感器单元的概要结构，且(a)为俯视图、(b)为主剖视图、(c)为仰视图。

图2为表示传感器单元的安装例的主剖视图。

图3表示传感器单元的改变例的概要结构，且(a)为俯视图、(b)为主剖视图。

图4为概要性地表示实施方式所涉及的电子设备的结构的框图。

图5为概要性地表示实施方式所涉及的移动体的结构的框图。

图6为概要性地表示实施方式所涉及的机械的结构的框图。

具体实施方式

实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

传感器单元的结构

图1为概要性地表示一个实施方式所涉及的传感器单元的外观的图，且图1(a)为俯视图、图1(b)为主剖视图、图1(c)为仰视图。另外，在图1(a)中，为了便于观察视图而省略了作为盖部件的罩。

如图1所示，传感器单元10包括：基板11，其上设置有作为惯性传感器的第一传感器装置23、和与第一传感器装置23连接的连接器14；支座20，其装载基板11且具备使连接器14露出的开口部13。此外，还具备与支座20连接、并作为覆盖基板11的盖部件的罩24。第一传感器装置23被设置于如下位置上，即，在俯视观察时与被设置于基板11和支座20之间的间隙重叠的位置(后文所述的非支座接合区域r2)。以下，也包括其他的结构部件在内而对结构部件进行详细说明。

基板

在基板11的表面和背面上均设置有主面，所述基板11具备作为一个主面的第一面11a和作为另一个主面的第二面11b，所述第二面11b与第一面11a成表里关系。此外，在基板11上具有支座接合区域r1(图中用阴影线表示)和非支座接合区域r2，所述支座接合区域r1为与后文所述的支座20连接的区域，所述非支座接合区域r2为俯视观察时与被设置于基板11和所连接的支座20之间的间隙重叠的区域、即除支座接合区域r1以外的区域。基板11例如由树脂或陶瓷这样的绝缘体形成。虽然在基板11的第一面11a以及第二面11b上形成有例如由导电材料通过电镀成膜而形成的配线图案(安装配线与电极)，但省略了图示。

在基板11的非支座接合区域r2中的第一面11a上，安装有作为惯性传感器的第一传感器装置23、以及第二传感器装置18。第一传感器装置23具有平坦的长方体外形，且外表面的轮廓被形成为长方形。第一传感器装置23在外表面上具备未图示的多个外部电极。而且，第一传感器装置23处于非支座接合区域r2内，且被配置为底面重叠在基板11的第一面11a上，并且以与被设置在基板11上的电极取得电连接的方式而被安装。在安装时的连接中，能够使用例如焊锡材料这类的接合材料。第一传感器装置23由具有单轴的检测轴50的角速度传感器、即陀螺仪传感器构成。在角速度传感器中，检测轴50与底面正交，并对围绕检测轴50的角速度进行检测。另外，虽然在本实施例中，例示了使用一个第一传感器装置23作为角速度传感器的结构，但也能够采用如下结构，即，能够使用多个与第一传感器装置23相同的传感器装置来对多轴方向上的围绕检测轴的角速度进行检测。例如，在对正交的三轴方向上的角速度进行检测的情况下，通过将各个传感器装置在各自正交的三个方向上朝向底面而安装于基板11上从而能够实现。

第二传感器18例如由加速度传感器构成。在本示例中，例示了能够对单轴(检测轴50)方向上的加速度进行检测的传感器，并能够沿着检测轴50而对加速度进行检测。另外，第二传感器装置18也可以由能够对多轴方向上的加速度进行检测的、例如三轴加速度传感器构成。如果使用三轴加速度传感器，则能够沿着正交三轴而对加速度进行检测。

在基板11的主面之内，在与第一面11a成为表里关系的第二面11b上，安装有连接器14、片式电阻器或片式电容器这种其他的电子部件15、以及ic芯片(电子电路)17等。在安装时的连接中，例如能够使用焊锡材料这种接合材料。另外，也可以将片式电阻器或片式电容器用于对从传感器装置输出的输出特性的改善之中。此外，连接器14、其他的电子部件15、以及ic芯片(电子电路)17等，通过未图示的配线图案而被相互电连接。另外，连接器14以其底面(固定面)与基板11的第二面11b重叠的方式而被配置，且被安装于基板11的第二面11b上。如此，通过安装有连接器14，从而能够经由基板11而使第一传感器装置23的检测轴50的方向与连接器14的插入方向相吻合。

另外，虽然在上文中，以在基板11的第一面11a上安装有第一传感器装置23以及第二传感器装置18，且在第二面11b上安装有连接器14、电子部件15以及ic芯片(电子电路)17等的示例而进行了说明，但进行安装的面以及组合并非特定。例如，也可以为如下结构，即，在第一面11a上安装电子部件15以及ic芯片(电子电路)17等，而在第二面11b上安装连接器14、第一传感器装置23以及第二传感器装置18等。

支座

支座20以与基板11的第二面11b对置的方式而被设置。支座20具有：板状的基体25，其以与基板11的第二面11b对置的方式而被设置；突出部22，其沿着基体25的外周而从基体25朝向第二面11b突出为环状；凸缘部21，其以薄壁状的方式被设置于基体25的外周端部处。基体25具有上表面20a、以及与上表面20a成为表里关系的下表面20b。在突出部22上，设置有从下表面20b向与基板11的接合面贯穿的贯穿孔13。贯穿孔13被设置为，在如后文所述而使基板11被连接在支座20上时，对与基板11连接的连接器14进行收纳。贯穿孔13为，具有与连接器14的外形相比大一圈的形状的孔。本示例的贯穿孔13为，具有矩形形状的开口的孔。

而且，在包括基板11的外周部以及连接器14外周部在内的支座接合区域r1内，通过将基板11连接于突出部22上，从而使基板11被支承在支座20上。虽然基板11的连接方法并未被特别限定，但能够使用例如由粘合剂实施的连接、或者由螺钉固定而实施的固定等。另外，优选为同时使用由粘合剂实施的固定和螺钉固定，由此能够可靠地实施向突出部22的基板11固定。此外，由于粘合剂层介于支座20与基板11之间，因此粘合剂吸收并缓和了来自支座20的振动，从而抑制了基板11上的无用的振动。其结果为，进一步提高了传感器单元10的检测精度。另外，虽然突出部22在朝向第二面11b而突出为环状的形态下被进行了说明，但并不限定于此，所述突出部22也可以采用如下形态，即，多个突起部朝向第二面而被排列为环状等。此外，由于在连接器14的周围基板11与支座20被接合在一起，因此连接了连接器14的周围的基板11不易发生弯曲，从而能够更流畅、可靠地实施连接器14的装卸。

以上表面20a为基准时的突出部22的高度被设定为，在突出部22上连接有基板11时，连接器14的输入输出面14a被收纳于贯穿孔13内。换言之，在突出部22上连接有基板11时，连接器14的输入输出面14a位于与基体25的下表面20b(支座20的下表面)相比靠内侧(上表面20a侧)处。通过采用这种结构，即使发生了意外状况也能够防止冲击或负载被施加于连接器上的情况，从而能够防止连接器14的破损。另外，在贯穿孔13与连接器14的外周部之间的间隙中，设置有填充材料16。如此，由于通过利用填充材料16来填埋间隙从而堵塞了支座20的朝向下表面(基体25的下表面20b)开口的开口部，因此能够防止从支座20的下表面侧的水分、灰尘等异物侵入的情况。

通过将支座20设为这种结构，从而能够简单地支承基板11，并且能够在基板11与基体25之间确保对连接器14、片式电阻器或片式电容器这种其他的电子部件15、以及ic芯片(电子电路)17等进行收纳的空间。如果以此方式对基板11进行固定，则能够在基板11与基体25之间形成空间，并在该空间内收纳有连接器14、电子部件15以及ic芯片(电路)17等。由此，防止了这些元件与支座20之间的接触，从而提高了传感器单元10的可靠性。此外，在凸缘部21上，接合有后文叙述的作为盖部件的罩24。罩24通过使用例如将环氧树脂作为基材的树脂粘合剂，从而能够很容易地接合在支座20上。

虽然作为这种支座20的结构材料并未被特别限定，但优选为使用具有减振特性的材料。由此，能够抑制基板11的无用的振动，并提高第一传感器装置23以及第二传感器装置18等的检测精度。作为这种材料，例如能够列举出镁合金、铁系合金、铜合金、锰合金、ni-ti合金等各种减振合金。

盖部件

作为盖部件的罩24呈箱状，且以对基板11进行覆盖的方式而在凸缘部21的部分处被固定于支座20上。罩24具有沿着支座20的凸缘部21的大致矩形形状的开口，该开口被配置为朝向支座20，且通过树脂粘合剂等而被接合于支座20上。另外，罩24的向支座20连接的连接方法也可以采用螺钉固定。

作为这种盖体24的结构材料并未被特别限定，例如能够列举出：聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物等的聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚-(4-甲基戊烯-1)、离子聚合物、丙烯类树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs树脂)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(as树脂)、丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)等的聚酯、聚醚、聚醚酮(pek)、聚醚醚酮(peek)、聚醚酰亚胺、聚缩醛(pom)、聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫、聚芳酯、芳香族聚酯(液晶聚合物)、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、其他氟类树脂、环氧树脂、酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺甲醛树脂、硅树脂、聚氨酯等，或者以它们为主的共聚物、混合体、聚合物混合体等，并且能够将其中一种或两种以上组合使用。此外，还能够应用通过如下方式而形成的罩24，即，使用在铝、不锈钢、铁系合金、铜系合金等的薄板上实施了表面处理的材料，并通过挤压成型等而形成。

使用图2，对将上文所说明的传感器单元10安装于安装基板上的结构进行说明。图2为表示传感器单元的安装例的主剖视图。另外，在该图中，对与上述的实施方式相同的结构标记相同的符号，而且安装基板所涉及的结构通过双点划线来表示。此外，省略了与上述的实施方式相同的结构的说明。

如图2所示，在传感器单元10的连接器14(雄型连接器)中被插入有安装基板30侧的连接器31(雌型连接器)，并且所述传感器单元10以支座20的下表面20b与安装基板30的上表面30a重叠的方式被配置连接。如此，将传感器单元10的连接器14与安装基板30的连接器31直接连接在一起。另外，虽然以连接器14为雄型连接器、连接器31为雌型连接器为例进行了说明，但也可以采用相反的结构，即连接器14为雌型连接器、连接器31为雄型连接器。

此外，也可以通过粘合剂28等而对传感器单元10的外周下部(用图中符号w表示的范围)进行接合。通过该接合，从而能够更牢固地将传感器单元10接合在安装基板30上。另外，粘合剂28也可以被实施于传感器单元10的底面(支座20的集体25的下表面20b)与安装基板30之间。粘合剂28通过以遍及传感器单元10的外周下部的整周的方式被实施从而产生密封效果。如此，通过以遍及传感器单元10的外周下部的整周的方式而施加粘合剂28，从而能够防止从位于传感器单元10的底面(支座20的基体25的下表面20b)上的贯穿孔13中的异物侵入。

此外，优选为，在位于传感器单元10的外周下部(图中用符号w表示的范围)的罩24的表面上实施用于提高粘合剂28的润湿性的处理。作为该处理方法，能够使用通过珩磨、或者蚀刻等使罩24的表面变粗糙的处理(例如mat处理)等。此外，在罩24的材质使用铝的情况下，则能够应用如下方法，即，除了图中用符号w表示的范围外实施防蚀铝处理，而在图中用符号w表示的范围内不实施防蚀铝处理的方法。

另外，优选为，用符号w表示的范围为从罩24的开口的一端起1mm左右。

如此，通过实施传感器单元10的外周下部(图中用符号w表示的范围)实施处理，从而能够提高图中用符号w表示的范围内的粘合剂28的润湿性，进而能够可靠地实施粘合剂的涂布。此外，能够防止粘合剂28向图中用符号w表示的范围以外的流出。根据这些方式，能够使粘合剂28的涂布量稳定，并能够使密封效果更可靠。

根据上文所述的传感器单元10，由于连接器14从支座20的作为开口部的贯穿孔13中露出，因此能够使连接有传感器单元10的安装基板30的连接器31与传感器单元10的连接器14直接连接。

由此，无需一直以来所使用的配线或柔性配线基板等，从而将不会产生如下情况，即，配线或柔性配线基板的共振现象经由基板而向作为惯性传感器的第一传感器装置23传播，从而给第一传感器装置23的特性带来影响的情况。此外，由于第一传感器装置23在并非连接有支座20与基板11的支座接合区域r1的、非支座接合区域r2内与基板11连接，因此从支座20承受的应力变动(热变形、振动、冲击等)不易向第一传感器装置23传播。因此，本示例的传感器单元10能够抑制来自外部的共振振动、应力变动等，从而能够实施更稳定的测定。

传感器单元的改变例

接下来，参照图3，对传感器单元的改变例进行说明，图3图示了传感器单元的改变例的概要结构，图3(a)为俯视图、图3(b)为主剖视图。另外，在该图中，对与上述实施方式相同的结构标记相同的符号。此外，省略了对相同的结构的说明。

图3所示的改变例的传感器单元60的结构为，在上述的实施方式中所说明的传感器单元10的外侧处，具备用于将传感器单元10固定于安装基板30上的固定件40。虽然下文对改变例的传感器单元60进行详细说明，但对于传感器单元10的结构而言，由于与上述的说明相同因此省略其说明，并针对不同的结构进行说明。

固定件40呈以能够内包传感器单元10的方式而向一面开口的凹状。在开口侧的端部上，设置有从外表面41突出的凸缘43。在凸缘43上，形成有包括四处切入部以及挖出部在内的固定部，在固定部中插入螺钉42并进行了螺钉固定。固定件40能够通过如下方法而形成，即，例如对铝、不锈钢、铁系合金、铜系合金等的金属材料进行冲压成型等而形成的方法、或者使用了树脂材料的树脂成型而形成的方法。固定件40中，侧面部与开口部的相反侧的上表面部的连接部分成为斜面。该斜面的内表面46通过与传感器单元10的罩24的拐角部分的r角(圆角)抵接，从而能够很容易地实施传感器单元10的平面方向以及上下方向上的定位。

此外，在固定件40与传感器单元10之间的间隙中，设置有缓冲材料44、45。通过该缓冲材料44、45能够抑制来自外部的冲击被传递到传感器单元10处的情况。优选为，将固定件40与传感器单元10之间的间隙设为1mm左右的间隙。另外，也可以采用不设置缓冲材料44、45的结构。如此，在传感器单元60中，通过利用四个螺钉42而将对被内包的传感器单元10进行覆盖的固定件40固定于安装基板30上，从而在具有冲击缓冲效果的同时实施平面方向以及上下方向上的定位并被固定于安装基板30上。

根据上述改变例的传感器单元60，具有对被内包的传感器单元10进行保护的冲击缓冲效果，并且能够在很容易地实施平面方向以及上下方向上的定位的同时固定于安装基板30上。

传感器单元的应用例

上文的这种传感器单元10、60能够应用于电子设备、移动体以及其他的机械等中。以下，例示使用了传感器单元10的结构并进行详细说明。

电子设备

例如如图4所示，上文的这种传感器单元10能够组装在电子设备101中从而被使用。在电子设备101中，例如在主机板(安装基板)102上安装有运算处理电路103以及连接器104。在连接器104上，例如能够结合有传感器单元10的连接器14。能够从传感器单元10向运算处理电路103供给检测信号。运算处理电路103对来自传感器单元10的检测信号进行处理并将处理结果输出。对于电子设备101而言，能够列举出例如动作读取单元或民用游戏设备、运动解析装置、外科手术导航系统、汽车的导航系统等。

移动体

例如如图5所示，传感器单元10能够组装在移动体105中从而被利用。在移动体105中，例如在控制板(安装基板)106上安装有控制电路107以及连接器108。在连接器108上能够结合有例如传感器单元10的连接器14。能够从传感器单元10向控制电路107供给检测信号。控制电路107能够对来自传感器单元10的检测信号进行处理，并根据处理结果而对移动体105的运动进行控制。对于所提到的这类控制而言，能够列举出移动体的运行状态控制、汽车的导航控制、汽车用安全气囊的启动控制、飞机或船舶的惯性航行控制、制导控制等。

其他设备

例如如图6所示，传感器单元10能够组装在机械109中从而被利用。在机械109中，例如在控制板(安装基板)111上安装有控制电路112以及连接器113。在连接器113上能够结合有例如传感器单元10的连接器14。能够从传感器单元10向控制电路112供给检测信号。控制电路112能够对来自传感器单元10的检测信号进行处理，并根据处理结果而对机械109的动作进行控制。

对于所提及的这类控制而言，能够列举出工业用机械的振动控制以及动作控制或机器人的运动控制等。

另外，虽然如上文所述对本发明的实施方式进行了详细说明，但本领域技术人员能够很容易地理解到可以实施实质上不脱离本发明的新事项以及效果的多种改变。因此，这种改变例全都被包含在本发明的保护范围内。例如，在说明书或附图中，至少一次与更广义或同义的不同用语一起记载的用语，在说明书或附图的任意位置处均能够被替换为该不同用语。此外，传感器单元10、基板11、第一传感器装置23以及第二传感器装置18、电子部件15等的结构以及动作也并不被限定于本实施方式中所说明的结构与动作，而能够进行各种改变。

符号说明

10、60…传感器单元；11…基板；11a…基板的第一面；11b…基板的第二面；13…贯穿孔；14…连接器；14a…连接器的输入输出面；15…电子部件；16…填充材料；17…ic芯片(电路)；18…第二传感器装置；20…支座；21…凸缘部；22…突出部；23…第一传感器装置；24…作为盖部件的罩；25…基体；25a…基体的上表面；25b…基体的下表面；28…粘合剂；30…安装基板；30a…安装基板的上表面；31…安装基板侧的连接器；40…固定件；41…外表面；42…螺钉；43…凸缘；44、45…缓冲材料；46…倾斜部的内表面；50…检测轴；r1…支座接合区域；r2…非支座接合区域。