惯性传感器、惯性传感器装置及其制造方法

专利名称：惯性传感器、惯性传感器装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及加速度传感器和陀螺传感器等惯性传感器及其制造方 法，本发明特别适用于车载用导航装置等。
背景技术：
汽车导航装置已广泛普及。在此类汽车导航装置中，在检测汽车等车辆的当前位置时，并用了使用所谓的GPS (Global Positioning System: 全球定位系统)来进行测位的方法，以及独立测量车辆的移动方向和移 动距离的方法。因此，在汽车导航装置中，安装了检测施加在车辆上的 加速度和角速度等的陀螺传感器(角速度传感器)和加速度传感器等惯 性传感器，以便独立测量车辆的移动方向和移动距离。在通过此类惯性传感器检测角速度和加速度等的情况下，需要使检 测轴朝向应检测方向，例如，如果是陀螺传感器，则需要将检测轴朝向 铅直上方地设置。但是，近年来，汽车导航装置不断小型化，以往开发了使配置于座 位下和行李箱内等中的装置主体(以下称为"导航主体")设置于位于驾 驶席和助手席之间的副仪表板的类型的导航装置。图15是表示在副仪表板上设置的导航主体的图，(a)是其整体立体 图，(b)是表示在导航主体上安装的陀螺传感器的图。如图15 (a)所示，在副仪表板102上设置导航主体100的情况下， 基于安装在导航主体100上的显示装置101的视认性和未图示的操作面 板的操作性的观点，优选使显示装置101和操作面板的板面朝向驾驶员 的视线方向。即，优选使导航主体100从水平方向向斜上方倾斜地设置 在副仪表板102内。但是，在使导航主体100向斜上方倾斜地设置在副
仪表板102上的情况下，由于如图15 (b)所示，在导航主体100内的印 刷基板103上安装的陀螺传感器104的检测轴G从本来应朝向的方向即 铅直方向V倾斜了导航主体iOO的安装角度(倾斜角)e，所以在陀螺 传感器104检测到的角速度会产生误差。在通常的汽车导航装置中，为了修正陀螺传感器104等的由于导航 主体100的安装角度而产生的检测误差，通过软件的运算处理来进行检 测结果的修正，但这种通过软件进行的修正处理存在极限，现状为例如在导航主体ioo的倾斜角e为30°以上时，通过软件的运算处理无法完全修正。因此，在汽车导航装置中，需要即使在倾斜安装的情况下也能正确 地进行检测的惯性传感器，这样的传感器己提出了多种方案。例如，在专利文献1中，公开了这样的角速度传感器通过保持部件使传感器内部的角速度检测元件倾斜，从而在不改变传感器的形状和 传感器的安装方法的情况下使检测轴倾斜。此外，在专利文献2中，公开了这样的传感器装置具备检测元件 和固定支撑检测元件的安装部，该检测元件对具有固定的方向性的物理 量的有关方向以及大小进行检测，在该传感器装置中，检测元件以向减 小方向倾斜预先设定的减小角度的方式固定在安装部上，所述减小方向 是使作为成为检测方向和大小的基准的检测轴的方向与在相应检测时实 际施加在检测元件上的物理量的方向的差而预测的角度差减小的方向。另外，在专利文献3中，公开了这样的振子的支撑结构通过将振子连接在支撑基板上的脚部、以及将该支撑基板和封装用基板连接起来 的粘接剂，设定封装内的振子的角度，使振子的检测轴定向为希望的方向。专利文献l: WO03/画50专利文献2:日本特幵2003—227844号公报专利文献3:日本特开2005—249428号公报但是，在上述专利文献l、 2所公开的传感器中，由于将作为检测元 件的水晶振子直接固定在安装部上，所以安装部成为来自水晶振子的振 动泄漏和无用振动模式等的产生原因，因而存在使检测性能恶化的可能。 此外，在上述专利文献l、 2所公开的传感器中，由于需要使检测元 件本身倾斜安装，所以每个安装角度都需要专用的工具，从而导致制造 成本的上升。像这样需要专用工具是因为在专利文献l、 2所公开的传感 器中，在将检测元件安装到安装部上之后，向检测元件照射激光来进行 传感器的调整，所以在改变了检测元件的安装角度的情况下，按照每个 安装角度，激光的焦点不同，因而不能使工具通用。另外，在上述专利文献2中，为了使检测元件倾斜安装，在检测元 件其本身上形成狭缝。因此，检测元件的加工成本增高，从这一点考虑 也导致了制造成本的上升。再有，在上述专利文献l、 2中，由于在传感器的内部使检测元件倾斜，所以在将传感器安装到安装基板上时，存在不能将检测轴的角度改 变成任意角度的问题。此外，在专利文献3中，将振动片(振子)连接到支撑基板上的脚部(接合线)与来自振动片的振动泄漏和无用振动模式的产生有很深的 关联，存在使传感器的检测性能恶化的情况。此外，通过粘接剂来改变 角度在制造方面偏差大，且设定的角度的精度差。另外，专利文献l、 2中的安装部是将元件直接固定的部件，安装部 成为来自振动片的振动泄漏和无用振动模式等的产生原因，存在使物理 量的检测性能变差的情况。于是，本发明的发明人把目标对准了将利用现有的接合方法固定传 感器元件的传感器设备接合到引线框上并进行浇铸的方法。根据该方法， 由于传感器元件利用现有的接合方法固定，所以抑制了振动泄漏和无用 振动模式的产生，能够根据引线框的形状来控制与传感器的响应动作的 检测轴对应的设置角度，而且能够通过浇铸来确保机械强度。但是，在该方法中，容纳了传感器的传感器设备通过控制引线框的 形状来根据传感器的响应动作的检测轴来相对于安装面倾斜。因此，在 使用沿传感器设备的外形进行浇铸的现有模塑方法来形成传感器装置 时，传感器装置的外形相对于安装面不平行。因此，存在安装工序中的
作业性变差的可能。 发明内容本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供一种能够在不使检 测元件的检测性能恶化的情况下将检测轴设定为预定角度的惯性传感器 及其制造方法。此外，本发明的目的是提供一种即使安装在具有预定倾斜的安装面 上也能够高精度地设定传感器的检测轴，能够将传感器的检测轴和铸模 的底面及顶面设定为希望的角度的作业性良好的惯性传感器装置的制造 方法。为了实现上述目的，本发明的惯性传感器的特征在于，该惯性传感 器具有对检测轴方向的物理量的大小进行检测的检测元件；支撑检测 元件的大致中央的具有挠性的多个支撑部件；以及容纳检测元件和所述 支撑部件的封装用基板，在将多个支撑部件的延长方向设为X轴、将在 检测元件的平面内与X轴正交的轴设为Y轴、将与X轴和Y轴正交的 轴设为Z轴时，施加在支撑部件上的检测元件的Y轴方向的载荷分量在 多个支撑部件之间大致相同，而且Z轴方向的载荷分量在多个支撑部件 之间大致相同。通过这样构成，由于在多个支撑部件上因加速度而作用有相等的作 用，所以能够使支撑部件的机械共振频率的设定条件相对于与加速度相 伴的力的变化而不易紊乱。即，可防止支撑部件的共振频率紊乱成非预 期值，例如还可以防止以下不良情况在惯性传感器的驱动频率随温度 变化而变化的过程中，在该共振频率移到惯性传感器的驱动振动附近时， 惯性传感器的驱动频率与支撑部件的共振频率结合(被诱导)，从而导致 惯性传感器的输出信号跳跃。此外，本发明的惯性传感器的特征在于，检测元件的检测角速度的 检测轴是Z轴方向，而且Z轴和铅直方向所构成的角为e，合成了Y轴 方向的载荷分量和Z轴方向的载荷分量的载荷分量至少是基于重力加速 度的载荷分量。
在如此构成惯性传感器时，由于即使在将惯性传感器倾斜配置的情 况下，也是在多个支撑部件上因加速度而作用有相等的作用，所以能够 使支撑部件的机械共振频率的设定条件相对于与加速度相伴的力的变化 而不易紊乱。即，可防止支撑部件的共振频率紊乱成非预期值，例如还 可以防止以下不良情况在惯性传感器的驱动频率随温度变化而变化的 过程中，在该共振频率移到惯性传感器的驱动振动附近时，惯性传感器 的驱动频率与支撑部件的共振频率结合(被诱导)，从而导致惯性传感器 的输出信号跳跃。此外，可在使惯性传感器倾斜的状态下检查惯性传感器的驱动频率， 从而能够简化检查工序。再有，由于该情况下重力加速度和Z轴方向一致，所以Y轴方向与 移动体的行进方向一致，所以具有即使相对于移动体移动时的加速度， 支撑部件的共振频率也不易紊乱的优点。另外，本发明的惯性传感器的特征在于，所述惯性传感器构成为通过使该惯性传感器的短方向倾斜来使z轴和铅直方向所构成的角度为e。在这样构成时，在组装该惯性传感器构成倾斜结构的惯性传感器装 置时，能够实现装置的薄型化。一种惯性传感器装置，其特征在于，所述惯性传感器具有本发明的惯性传感器；与惯性传感器电连接的多个引线端子；以及容纳惯性传感 器的模制外壳。如果如此构成惯性传感器装置，由于在多个支撑部件上因加速度而 作用有相等的作用，所以能够使支撑部件的机械共振频率的设定条件相 对于与加速度相伴的力的变化而不易紊乱。即，可防止支撑部件的共振 频率紊乱成非预期值，例如还可以防止以下不良情况在惯性传感器的驱动频率随温度变化而变化的过程中，在该共振频率移到惯性传感器的 驱动振动附近时，惯性传感器的驱动频率与支撑部件的共振频率结合(被 诱导)，从而导致惯性传感器的输出信号跳跃。此外，本发明的惯性传感器的特征在于，所述模制外壳构成为具有: 从该模制外壳的一部分向所述模制外壳的底面方向延伸的引线端子；和与所述一部分对置的一部分向所述模制外壳的底面方 向延伸的、比所述引线端子长的引线端子，所述长引线端子朝向所述模 制外壳侧具有多个弯曲部。在如此构成时，可防止在该惯性传感器安装于安装基板上时由于焊 料附着导致的惯性传感器的浮起。此外，本发明是--种惯性传感器装置的制造方法，惯性传感器装置 具有与安装基板进行电连接的多个引线端子，所述惯性传感器装置是通 过模塑方法利用树脂对由多个引线端子构成的引线框和传感器设备进行 浇铸而形成的装置，所述传感器设备根据引线框的形状来确定设置角度， 而且包括响应相对于检测轴的动作的传感器，其特征在于，在将传感器 设备接合到引线框上之后，将分别形成有凹部的下模具和上模具以在凹 部形成面之间夹着引线框的方式重叠起来，在由此划分而成的型腔内容 纳传感器设备，然后在型腔内填充树脂进行成形，在这种模塑方法中使 用由下模具和上模具构成的模塑模具，在所述下模具和所述上模具中以 下述方式形成有凹部型腔的与引线框相对的顶面和底面分别形成为相 对于引线框的两个主面倾斜，而且该顶面和底面平行。根据该结构，可对调整了传感器设备的与响应动作的检测轴对应的、 相对于安装面的设置角度的传感器设备，以相对于安装面平行的外形进 行浇铸。由此，可制造安装时的作业性良好的惯性传感器装置。此外，本发明，在惯性传感器装置的制造方法中，其特征在于，使 用如下形成的模塑模具型腔的与引线框相对的顶面和底面相对于引线 框的两个主面以与传感器设备的设置角度相同的角度倾斜。根据该结构，通过使用上述结构的模塑模具，能够以传感器设备的 底面和惯性传感器装置的底面具有角度地倾斜配置的方式来成形模制 件，从而使惯性传感器装置的底面的法线和检测轴形成为构成预定角度。因此，通过将惯性传感器装置的底面的法线和检测轴所构成的角度， 设定为与安装惯性传感器装置的倾斜的安装基板的基板面的法线和铅直 方向所构成的角度相同的角度，可制造即使在倾斜的面上安装本发明的 惯性传感器装置也能够高精度地设定传感器的检测轴的惯性传感器装


图1是表示本实施方式的陀螺传感器装置的结构的图，(a)是其顶视图。图2是表示本实施方式的陀螺传感器装置的安装例的图。 图3是在本实施方式的陀螺传感器装置中使用的引线端子单元的说 明图。图4是说明陀螺传感器装置的制造工序的流程图。 图5是表示第二实施方式的陀螺传感器装置的结构的图。 图6是表示第二实施方式的线接合用的工具的图。 图7是表示第三实施方式的陀螺传感器装置的结构的图。 图8是表示陀螺传感器10的内部结构的剖面图。 图9是表示设置于陀螺传感器10的支撑基板的结构的图。 图10中(a)是概要地表示水晶振动元件11的俯视图，(b)是表示 水晶振动元件11的检测振动模式的振动的俯视图。图11中(a)是表示没有使用本发明的状态的线13和倾斜方向的俯 视图，(b)是将水晶振动元件11安装在图11 (a)所示的线13上的陀螺 传感器装置的倾斜安装的情况的侧视图，(c)是表示图11 (b)所示的陀 螺传感器装置的线13的共振频率和水晶振动元件11的共振频率之间的 关系的图。图12中(a)是表示使用了本发明的状态的线13和倾斜方向的俯视 图，(b)是将水晶振动元件11安装在图12 (a)所示的线13上的陀螺传 感器装置的倾斜安装的情况的侧视图，(c)是表示图12 (b)所示的陀螺 传感器装置的线13的共振频率和水晶振动元件11的共振频率之间的关 系的图。图13是表示模塑模具中的下模具的结构图的图。。 图14是用于说明模塑模具的整体结构的图。图15是表示设置在副仪表板上的导航主体的图，(a)是其整体立体
图，(b)是表示安装在汽车导航主体上的陀螺传感器的图。 标号说明1、 20、 30:陀螺传感器转置；2:树脂部；3:弓l线框(引线端子); 5:下垫板；10:陀螺传感器(传感器设备)；11:水晶振动元件；12:支撑基板；13a、 13b:线；14:粘接剂；16:盖体；17:陶瓷外壳(ceramic package)。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行说明。另外，在本实施方式中作为本发明的惯性传感器的一例列举陀螺传 感器为例来进行说明。图1是表示本实施方式的陀螺传感器装置的结构的图，(a)是其顶 视图，(b)是侧视图。该图1所示的陀螺传感器装置1，以在其内部陀螺传感器10的角速 度检测轴G (检观IJ轴G)相对于该陀螺传感器装置1的顶面的垂线V倾 斜角度9的状态，通过由例如树脂等铸型材料构成的树脂部2密封。从 树脂部2的长方向两侧向外部分别引出有多个引线端子3。此外，陀螺传感器装置1的顶面和陀螺传感器1的安装侧的面平行。 引线端子3在树脂部2内与陀螺传感器10电连接。在该情况下，从靠近 树脂部2的底面侧的位置露出的引线端子3使引线端子3在弯曲部4a、 4b处向内侧弯曲以在树脂部2的底面形成电极端子8。另一方面，从远 离树脂部2的底面侧的位置露出的引线端子3也使引线端子3弯曲以在 树脂部2的底面形成电极端子8，但由于从树脂部2露出的引线端子3的 引线部分变长，所以是在弯曲部4c、 4d、 4e处向内侧弯曲。图2是表示上述本实施方式的陀螺传感器装置的安装例的图。如该 图2 (a)所示，若通过焊料53将本实施方式的陀螺传感器1的引线端子 3连接到安装基板51上的图案电极52上，则可在使其检测轴G相对于安装基板51的安装面的垂线V (铅直方向)倾斜角度e的状态下进行安装。此外，在本实施方式的陀螺传感器装置1中，在从远离底面的位置露出的引线端子3上设置弯曲部4c、 4d、 4e是基于以下原因。例如，如图2 (b)所示，在具有从弯曲部4c到4e的长引线部分的 引线端子3的弯曲部4c、 4e之间，在不设置弯曲部4d的情况下，与具 有从弯曲部4a到4b的短引线部分的引线端子3相比，会附着大量的焊 料53。因此，焊料53的表面张力的平衡差在左右变大，存在引线部分短 的引线端子3从安装面51浮起的可能。即，陀螺传感器装置1倾斜安装， 因此倾斜角度可能产生错误。于是，在本实施方式的陀螺传感器装置1中，为了限制引线部分长 的引线端子3的焊料附着量，在该引线端子3的三处形成了弯曲部4c、 4d、 4e。通过这样构成，由于可限制引线部分长的引线端子3的焊料附 着量。所以可防止安装于安装基板51上的陀螺传感器装置1的倾斜角度 产生错误。特别是在构成为引线部分长的引线端子3的高度与引线端子3的弯 曲部4a的高度位置相等时，由于能使左右引线端子3的焊料附着量相等， 所以更理想。再有，即使在长引线端子3的弯曲部4d的上侧发生焊料附着，由于 该部分的引线端子3的面和图案电极52完全不是对置的，所以该情况下， 不会产生使陀螺传感器装置1倾斜的表面张力。此外，陀螺传感器装置1由于其顶面和陀螺传感器装置1的安装侧 的面平行，所以可在使用部件安装装置来吸附陀螺传感器装置1的顶面 后，使陀螺传感器装置1相对于安装基板51在垂直方向上移动来进行安 装。这样，陀螺传感器装置1在向安装基板51上进行安装时，以在多个 引线端子3上施加相等的力状态、或在树脂部2的底面上施加均等的力 的状态，被按压在安装基板51上。因此，可将安装基板51的安装面和 陀螺传感器装置1的顶面的平行度保持得较高。即，在安装基板51上安 装的陀螺传感器装置1可在其检测轴G和安装基板51的安装面的垂线的
角度0不产生错误的情况下安装到安装基板51上。此外，本实施方式的陀螺传感器10构成为通过使陀螺传感器10绕其长方向倾斜来使z轴与铅直方向所构成的角为e。在如此构成时，在组 装陀螺传感器io来构成陀螺传感器装置1时，可实现装置的薄型化。下面，对本实施方式的陀螺传感器装置中的引线端子和陀螺传感器 的接合方法进行说明。图3 (a)是表示在本实施方式的陀螺传感器装置1中使用的引线端 子单元的结构的图，图3 (b)是表示陀螺传感器接合在引线端子单元上 的状态的顶视图，图3 (c)是表示陀螺传感器接合在引线端子单元上的 状态的后视图，图3 (d)是表示将陀螺传感器接合到引线端子上时的不 良情况的图。如该图3 U)所示，在本实施方式的陀螺传感器装置l中使用的引 线端子单元61具有多个引线端子3并且具有下垫板(die pad) 5。而且， 在本实施方式中，在连接陀螺传感器10和引线端子3时，为了防止引线 端子弯曲，将引线端子3之间以及与缘部63之间用悬吊引线62连接起来。位于引线端子单元61的顶面的下垫板5和陀螺传感器10通过例如 粘接剂而机械地连接。再有，可使用导电性粘接剂来作为粘接剂进一步 进行电连接。此外，引线端子单元61的各引线端子3与位于陀螺传感器 10的底面上的电极端子8通过接合线或导电性粘接剂而电连接。这里，例如在没有引线端子3的悬吊引线62的情况下，如图3 (d) 所示，在陀螺传感器10安装在引线端子单元61上时，有时引线端子3 弯曲，而使得陀螺传感器10以下垫板5为轴转动。其结果为，不能高精 度地将陀螺传感器10安装到引线端子3上，存在陀螺传感器10的倾斜 角度产生错误的可能。与此相对，在本实施方式的陀螺传感器装置l中， 通过由悬吊引线62来固定引线端子3，抑制了引线端子3的弯曲，从而 能够抑制陀螺传感器10的转动。由此，可提高本实施方式的陀螺传感器装置1的倾斜角度的精度。 再有，虽然在图3 (a)所示的引线端子单元61中具有固定引线端子3的前端侧的三根悬吊引线62，但用于固定引线端子3的前端侧的悬吊引线62可以以下垫板5为分界而在对角位置上至少设置于两处。这样，可抑 制陀螺传感器10在对角方向的转动。再有，悬吊引线62在树脂部2形 成后被切断。接着，对第一实施方式的陀螺传感器装置的制造方法进行说明。 图4是说明陀螺传感器装置的制造工序的流程图。 首先，在步骤Sl中，在下垫板5或者陀螺传感器10上涂抹粘接剂 (非导电性粘接剂、环氧类粘接剂)后，在下垫板5上放置陀螺传感器 IO进行粘接。接着，在步骤S2中，通过引线接合法，在引线端子3和位于陀螺传 感器10的底面上的电极端子8之间形成线进行接合布线。然后，在步骤S3中，进行利用树脂来浇铸陀螺传感器10的模塑成 形。模塑成形通过在形成有型腔的上模具和下模具中以在型腔内容纳陀 螺传感器10的方式夹入引线端子3，然后在型腔内填充树脂进行浇铸的 所谓传递模塑法来进行。此时，露出于模制件之外的引线是伸直的状态。 此外，引线端子3上形成有多个图案以便能够安装多个陀螺传感器10。在该工序中，首先，将上模具和下模具加热到符合树脂特性的预定 温度并进行保持，然后通过以下模具的定位销为位置基准等的方法，将 接合有陀螺传感器10的引线端子3定位并安装在下模具上。然后，将树 脂片剂放入到下模具的推杆加料腔(plimgerpot)中，并以将引线端子3 夹入到与下模具之间的方式重叠上模具，并施加预定压力来均匀地合模。 此时，处于上模具和下模具的各型腔内容纳有陀螺传感器10的状态。接着，使推杆加料腔内的树脂片剂预热到预定温度以使树脂熔融， 以预定的相位、速度、温度使推杆工作以将熔融树脂从上模具和下模具 的浇口注入到型腔内。在型腔内填充树脂后，保持一定时间使树脂成形。 树脂成形后，在打开模具夹具将上模具取下后，将因树脂溢出而在型腔 周围产生的树脂的残边除去，并从下模具取出通过浇铸树脂成形的引线 端子3，然后在预定温度的炉内干燥预定时间。接下来，在步骤S4中，通过冲压等，将引线端子3的引线端子的端
以及各引线之间的悬吊引线切断而成为单片。然后，在步骤S5中，进行在从模制件露出的引线端子上镀上Sn (锡)或焊料等接合金属的端子涂 镀。并且，从弯曲部4a、 4c来固定与树脂部2之间，并将弯曲部4a、 4c 弯曲为预定形状。然后，将弯曲部4b、 4d和树脂部2之间固定，并使弯 曲部4b、 4d弯曲，从而得到陀螺传感器装置l (步骤S6)。另外，端子涂镀也可在引线切断前进行，而且也可在引线切断后再 进行引线弯曲然后进行端子涂镀。最后，实施特性检查和外观检查等必要的检查(步骤S7)，然后结 束本实施方式的陀螺传感器装置1的制造工序。通过如此构成，能够提供一种以高生产率来制造将陀螺传感器10的 检测轴和树脂部2顶面设定为希望的角度的本实施方式的陀螺传感器装 置1的制造方法。下面，在上述陀螺传感器装置1的制造方法中，按照附图对模塑成 形所使用的模塑模具进行说明。图13是说明构成模塑模具的上模具和下模具中的下模具110A的俯 视图，图14是用于说明模塑模具110的整体构成的、在下模具110A中 夹入引线框3并安装了上模具110B的状态下的沿图13中的a—a线的剖面图。模塑模具110由上模具110B和下模具110A构成。这里，首先，为 了易懂地说明模塑模具110的树脂注入路径等的结构，根据图13来说明 下模具110A的结构。下模具110A在由金属等制成的下模具主体120上形成有多个凹部 (型腔)，这些多个凹部具有这样的结构通过同样作为凹部的连接通道 (浇口等)而分别连通并且串联连接。下模具UOA上设有推杆加料腔115，该推杆加料腔115在形成于下 模具主体120的圆筒形的凹部内设置未图示的推杆。推杆加料腔115的 侧壁的一部分开放，从这里作为连通通道延伸的槽状的浇道116A与作为 长方体形凹部的第一型腔111A连接。在第一型腔111A的与推杆加料腔 115的接合部分的相反侧设有第二型腔112，两者之间用槽状的浇口 113A
连通并连接。再有，在第二型腔112的与第一型腔111A的接合部分的相 反侧延伸有浇口 114，该浇口 114同样地与下一型腔连通并连接，但省略 了图示。如上所述，推杆加料腔115和各型腔111A、 112及所需数量的 下一 型腔分别通过浇道116A和浇口 113A、1I4及所需数量的下一浇口而串联连通并连接。再有，图中用双点划线所示的长方形的区域表示树脂密封时的引线 框放置位置3a。另一方面，上模具110B上形成有在与上述下模具110A重叠的面 的相同位置处具有同一形状的开口部的推杆加料腔和多个型腔；以及将 它们连通起来的浇道和多个浇口。通过将该上模具110B和下模具110A 重叠并固定，形成了作为容器状空间的推杆加料腔115和多个型腔，以 及将它们连通并串联连接起来的成为树脂连通通道的浇道和多个浇口。接下来，根据图14，对于浇铸作为传感器设备而安装有陀螺传感器 10的引线框3时的状态下的、由上模具110B和下模具110A而形成的模 塑模具110，特别以型腔的截面形状为中心来详细说明。如图14所示，在下模具110A的下模具主体120上形成的作为凹部 的型腔111A的凹底部分161A形成为相对于在下模具110A上安装了引 线框3时与引线框3平行的平行线170而倾斜了角度e。通过该凹底部分 161A,形成了陀螺传感器装置1的底面。从而，形成了这样的陀螺传感 器装置h通过该下模具IIOA进行模塑成形而得的陀螺传感器装置1的法线和陀螺传感器io的检测轴g之间关系设定为希望的角度e。同样地，图14所示的在上模具110B的上模具主体130上形成的作 为凹部的型腔1UB的凹底部分161B形成为相对于在安装有引线框3的 下模具110A上重叠和固定上模具110B时与引线框3平行的平行线270 而倾斜了角度9。通过该凹底部分161B,形成了陀螺传感器装置1的顶 面。从而，形成了这样的陀螺传感器装置1:通过该上模具110B进行模 塑成形而得的陀螺传感器装置1的顶面的法线和陀螺传感器10的检测轴g之间关系设定为希望的角度e。在将安装有陀螺传感器10的引线框3夹入下模具110A和上模具 110B并固定(合模)时，通过下模具110A的型腔U1A和上模具110B 的型腔111B，形成了用于浇铸传感器设备10的一个型腔。此外，通过下模具110A的浇道116A和上模具110B的浇道116B， 构成了在从未图示的推杆加料腔向上述一个型腔中填充熔融树脂时成为 树脂注入路径的一个浇道。再有，由下模具110A的浇口 113A和上模具110B的浇口 113B形成 的一个浇口成为从上述一个型腔到下一型腔的树脂注入路径。还有，在本实施方式中，上模具110B的浇道116B和浇口 113B形 成为在厚度方向上比下模具110A的浇道116A和浇口 113A大。由此， 在向各型腔填充熔融树脂时，上模具110B侧的树脂的流动变强。这是为 了在熔融树脂注入时避免树脂强烈碰撞通过接合线和金球形成的陀螺传 感器10的接合部。不限于此，也可构成为将浇道和浇口避开陀螺传感器 10的接合部而仅设置在上模具IIOB侧。再有，各型腔111A、 111B的侧壁部分形成为相对于与引线框3的 接触面垂直或以相比于垂直成为锐角的角度向内侧倾斜。这样，在本实施方式的陀螺传感器装置1的制造方法中，在下模具 110A的下模具主体120上形成了具有凹底部分161A的作为凹部的型腔 111A，凹底部分161A形成为相对于在下模具110A上安装了引线框3时 与引线框3平行的平行线170而倾斜角度0。此外，在上模具110B的上 模具主体130上形成了具有凹底部分161B的作为凹部的型腔111B，该 凹底部分161B形成为相对于在安装有引线框3的下模具110A上重叠固 定上模具110B时与引线框3平行的平行线270而倾斜角度6。而且形成 为以下结构以在下模具IIOA和上模具110B的各型腔111A、 111B中 容纳陀螺传感器10的方式夹持并固定引线框3，通过将熔融的模塑用树 脂填充到型腔111A、 111B中来进行成形，由此来形成陀螺传感器装置1。根据该结构，可制造模制外壳(树脂部2)，其具有通过下模具110A 的凹底部分161A形成的底面，和通过上模具110B的凹底部分161B形 成的顶面。由此，可提供一种陀螺传感器装置，其具有响应相对于预定 检测轴G的动作的传感器；容纳该传感器的陀螺传感器10;使该陀螺传 感器10的端子和安装基板导通的引线；固定陀螺传感器10的模制件， 并且陀螺传感器装置的传感器的检测轴G和陀螺传感器装置的底面设定 为希望的角度。此外，可将陀螺传感器的检测轴G与陀螺传感器装置的底面和顶面 设定为希望角度的陀螺传感器装置的底面和顶面制造成相互平行。由此， 在将陀螺传感器装置安装到安装基板等上时，可通过例如安装器来与通 常的芯片型电子部件同样地进行拾取。此外，用于对陀螺传感器装置进 行包装的托盘和环状包装材料(带子)不需要为特殊形状，能够使用现 有的部件托盘和环状包装材料。因此，可制造能以高生产率进行安装的 陀螺传感器装置。另外，在本实施方式中，使上模具110B的浇道116B和浇口 113B 形成为在厚度方向上比下模具110A的浇道116A和浇口 113A大。通过该结构，在向各型腔中填充熔融树脂时，由于上模具110B侧的 树脂的流动变强，所以可减小树脂对在下模具UOA侧配置的陀螺传感器 10的由接合线和金球形成的接合部的应力。这样，可抑制接合线的切断 和接合部的打开不良的发生。再有，在本实施方式中，构成为，下模具110A和上模具110B的各 型腔111A、 111B的侧壁部分形成为相对于与引线框3的接触面垂直或以 相比于垂直成为锐角的角度倾斜。由此，在模塑成形后取下下模具110A 及上模具110B时的拔模性变好，能够提高作业性。图5是表示第二实施方式的陀螺传感器装置的结构的图。该图5所示的陀螺传感器装置20也是以在其内部陀螺传感器10的检测轴G相对于安装该陀螺传感器装置的安装面的铅直方向倾斜角度e的状态，由树脂部2密封。该情况下，也从树脂部2的长方向两侧分别向外部引出多个引线端 子3，但该引线端子3在树脂部2内的弯曲部6e、弯曲部6f和弯曲部6g 处弯曲，由此陀螺传感器10相对于该陀螺传感器装置20的顶面倾斜角 度e。在如此构成的情况下，弯曲部6a和弯曲部6b之间的长度可与弯曲 部6c和弯曲部6d之间的长度大致相等。因此，在安装在安装基板51上
时可防止陀螺传感器装置20的倾斜角度产生错误。下面，简单说明第二实施方式的陀螺传感器装置的制造方法。在该情况下，首先，进行冲压以使引线端子3的弯曲部6e和6g相 对于引线框的一个面(所谓一个面是与陀螺传感器10的接合侧的面)为 凸，使弯曲部6f相对于上述面为凹。然后，在引线端子3的下垫板5或 陀螺传感器10上涂抹粘接材料53 (非导电性粘接剂、环氧类粘接剂)， 之后将陀螺传感器10放置在下垫板5上进行粘接。接着，通过引线接合法，例如，在引线端子3上放置金球9b，形成 以金球％为起点、以处于陀螺传感器10的底面上的电极端子8为终点 的线9a。另外，也可以将金球9b放置于电极端子8上交换起点和终点。 在引线接合时，使用图6所示的工具81。工具81具有使多个的各陀螺传 感器10的顶面嵌入的形状以便与引线端子3对应。这里，工具的底面80 和引线端子3的整体构成角度e。因此，在嵌入了陀螺传感器10的情况 F，陀螺传感器10的底面和工具底面80平行。引线接合时，通过将工 具底面80朝下大致水平地放置，陀螺传感器10的底面为大致水平，从 而可正确地进行引线接合。接着，用树脂浇铸陀螺传感器10。此时，露出于模制件外的引线为 伸直的状态。接下来，将引线端子3的端6h、 6i及各引线端子3之间的 悬吊引线切断。然后，从引线弯曲部6b、 6d固定树脂部2侧的部位，并 使引线弯曲部6b、 6d弯曲。接着，将引线弯曲部6a、 6c和树脂部2之 间固定，并使引线弯曲部6a、 6c弯曲。根据该结构，可提供一种制造方法，其能够以高生产率来制造将陀 螺传感器的检测轴G和树脂部2的顶面设定为希望的角度(与安装陀螺 传感器装置的安装面的铅直方向所成的角度e)的陀螺传感器装置20。 此外，陀螺传感器装置20的顶面和安装陀螺传感器装置20的面平行。图7是表示第三实施方式的陀螺传感器装置的结构的图。该图7所示的陀螺传感器装置30也以在其内部陀螺传感器10的检 测轴G相对于安装该陀螺传感器装置30的安装面的铅直方向倾斜角度e 的状态，由树脂部2密封。
在该情况下，也从树脂部2的长方向两侧分别向外部引出多个引线端子3，但该引线端子3因树脂部2内的弯曲部7e 71，而使长方向两侧 的引线端子3弯曲成台阶状，由此，陀螺传感器10配置成相对于该陀螺 传感器装置30的顶面倾斜角度e。在如此构成的情况下，弯曲部7a和弯 曲部7b之间的长度可以与弯曲部7c和弯曲部7d之间的长度大致相等。 因此，在安装在安装基板51上时，可防止陀螺传感器装置30的倾斜角 度产生错误。
此外，通过将陀螺传感器10并列配置在引线端子3的上层侧的台阶 部上，陀螺传感器10能够相对于该陀螺传感器装置30的顶面平行地配 置。即，仅通过改变配置陀螺传感器10的台阶部位置就能够制作陀螺传 感器10的检测轴G为铅直方向的陀螺传感器装置、和从检测轴G倾斜 希望角度e的陀螺传感器装置。
下面，说明第三实施方式的陀螺传感器装置的制造方法。 该情况下，进行冲压以使引线端子3的弯曲部7e、 7g、 7j、 71为凸， 使弯曲部7f、 7h、 7i、 7k为凹。另外，虽然未图示，但引线端子3在上 下左右的方向上连接有多个，从而具有嵌入多个陀螺传感器10的底的形、、在处于陀螺传感器10的底面上的电极端子8或引线端子的弯曲部 7g附近和7i附近涂抹焊料膏，在将该焊料膏加热到熔点以上的温度后， 回到常温，由此来对电极端子8和引线进行机械连接和电连接。
接着，用树脂浇铸陀螺传感器10。此时，露出到模制件外的引线为 伸直的状态。然后，将引线端子3的前端部和各悬吊引线之间切断。而 后，从弯曲部7b、 7d来固定树脂部2侧的部位，使弯曲部7b、 7d弯曲。 然后，将弯曲部7a、 7c和树脂部2之间固定，并使弯曲部7a、 7c弯曲。 通过如此构成，可提供以高生产率来制造上述的陀螺传感器装置30的制 造方法。
下面，对在本实施方式的陀螺传感器装置上安装的陀螺传感器10进 行说明。
图8是表示陀螺传感器10的内部结构的剖面图，图9是表示在陀螺
传感器10上设置的支撑基板的结构的图。如该图8所示，陀螺传感器10具有水晶振动元件11作为检测角速度的检测元件。如图9 (a)、 (b)所示，水晶振动元件11通过具有挠性 的作为支撑部件的线13机械连接和电连接在支撑基板12上。支撑基板 12通过粘接剂14连接在陶瓷外壳17的内部底面上。此外，在支撑基板 12的中央形成有开口部12a，从支撑基板12的背面侧经该开口部12a而 在顶面侧配置有线13。另外，在陶瓷外壳17的顶面，通过低熔点金属等 密封部件19而接合有由金属构成的盖体16。由此，真空密封了陶瓷外壳 17的内部。再有，可使用玻璃盖来作为盖体16，该情况下，使用低熔点 玻璃等来作为密封部件19。从陶瓷外壳17的外部底面到侧面形成有电极 端子8。电极端子8经在陶瓷外壳17上形成的未图示的内部导体与水晶 振动元件ll连接。此外，图9 (c)所示的六条线13中的作为主要支撑水晶振动元件 11的支撑部件的线13至少是在分别排列在中央的两条线13。图10 (a)是概要表示本实施方式的水晶振动元件11的俯视图，图 10 (b)是表示水晶振动元件ll的检测振动模式的振动的俯视图。该图lO所示的水晶振动元件ll具有基部31;从基部31突出的一对 检测振动片32a、 32b;从基部31突出的一对连接部33;以及在各连接 部33的前端设置的各驱动振动片34a、 34b、 34c、 34d。在各驱动振动片 34a、 34b、 34c、 34d的各主面上分别形成有细长的槽，各驱动振动片34a、 34b、 34c、 34d的横截面形状为大致H形。此外，在槽内形成有激励电 极(驱动电极，下同)36。在各驱动振动片34a、 34b、 34c、 34d的各前 端分别设有大宽度部或重量部38a、 38b、 38c、 38d。在各检测振动片32a、 32b的各主面上，分别形成有细长的槽，各检测振动片32a、 32b的横截 面形状为大致H形。此外，在槽内形成有检测电极37。在各检测振动片 32a、 32b的各前端分别设有大宽度部或重量部35a、 35b。图10 (a)表示驱动模式的振动。在驱动时，各驱动振动片34a、 34b、 34c、 34d分别以与连接部33连接的根部39为中心而如箭头A那样弯曲 振动。在该状态下，使水晶振动元件11绕大致垂直于水晶振动元件11
的旋转轴G以角速度w转动。这时，如图IO (b)所示，在重量部38a、 38b、 38c、 38d上向作为与弯曲振动的方向A和旋转轴G两者垂直的方 向的方向上施加了科里奥利力F。其结果为，连接部33以与基部31连接 的根部33a为中心而如箭头B那样弯曲振动。各检测振动片32a、 32b分 别通过其反作用而以基部31的根部40为中心如箭头C那样弯曲振动。 通过箭头C的弯曲振动产生了压电现象，使得检测电极37的电位发生变 化。通过由未图示的检测电路检测该电位的变化，来求出绕检测轴(旋 转轴)G的角速度co。这里，在使水晶振动元件ll的+X轴/一X轴的晶 轴方向为箭头A的方向，使水晶振动元件11的Z轴的晶轴方向与转轴G 一致时，检测效率高。此外，由这样的结构的水晶振动元件ll所构成的检测元件，由于旋 转轴G的方向是水晶振动元件11的厚度方向，所以与采用了旋转轴和检 测振动片的延长方向一致的音叉振子的检测元件相比，可将陀螺传感器 IO构成为较薄。这里，如图8所示，安装在陀螺传感器10上的作为支撑部件的线 13的延长方向为X轴，使在水晶振动元件11的安装面内相对于该X轴 正交的轴为Y轴，使与X轴和Y轴正交的轴为Z轴，如图ll (a)、 (b) 所示，可以使陀螺传感器10的倾斜方向与X轴方向一致。该情况下，在 图11 (a)、 (b)所示的线Ba的共振频率和线13b的共振频率之间发生 频率差，陀螺传感器10的动作状态可能会变得不稳定。艮卩，如图11 (b)所示，在使线13a侧较高、使线13b侧较低以使检 测轴G具有角度e的倾斜的情况下，相对于重力加速度的X轴分量的方 向，线13a的延长方向和线13b的延长方向为反向的关系。因此，线13a、 13b所受的加速度的影响(惯性力的方向)不同。例如，如图ll (c)所 示，在使水晶振动元件11的共振频率为fref，使水晶振动元件11水平时 的线13a、 13b的共振频率为f0的情况下，在倾斜状态下，由于重力加速 度的X轴分量的影响，线13a上产生拉伸力，另一方面，由于在线13b 上产生压缩力，所以线13a的共振频率fa升高，线13b的共振频率fb降 低。因此，存在线13a和13b的共振频率大不相同的情况。在线13a、 13b
的共振频率大不相同的情况下，接近水晶振动元件ll的共振频率，存在 发生共振能量的结合的可能性，并且水晶振动元件11的安装状态也容易 变得不稳定。
于是，在本实施方式中，如图12 (a)、 (b)所示，陀螺传感器10 (水 晶振动元件11)的倾斜方向是成为Y轴方向的方向，将陀螺传感器10 安装在陀螺传感器装置1上。即，当构成为将线13a和线13b配置成以 倾斜方向为中心轴对称时，即使是在Y轴方向上施加加速度的情况下， 对于线13a、 13b，加速度产生同样影响，所以如图12 (c)所示，线13a、 13b的共振频率不易发生频率差。因此，例如存在易于进行频率调整等管 理的优点。此外，由于线13a、 13b的延长方向和加速度方向(Y轴方向) 不一致，所以线13所受的加速度的影响小。因此，如图12 (c)所示， 可使线13a、 13b的共振频率的变化量小，从而具有不易发生共振能量的 结合的优点。
再有，如图12 (a)所示，在构成为将线13a和线13b配置成以倾斜 方向为中心轴对称，且线13a的延长方向和线13b的延长方向相对于倾 斜方向正交的情况下，即使在水平时Y轴方向的加速度的方向是反向 (G)，线13a、 13b的共振频率的变化特性也大致相同，所以例如可在水平状态下安装本实施方式的陀螺传感器。
此外，在具有这样的结构的陀螺传感器10的陀螺传感器装置中，由 于在车辆中以Y轴方向和车辆的加速度方向一致的方式组装，所以即使 相对于车辆的前进方向的加速度，也可抑制线13a和13b的共振频率的 变化特性对陀螺传感器装置的不良影响。
另外，线13可以是由与水晶振动元件11的基部31 —体化的水晶构成的引线状支撑部件。
权利要求
1.一种惯性传感器，其特征在于，所述惯性传感器具有对检测轴方向的物理量的大小进行检测的检测元件；支撑所述检测元件的大致中央的具有挠性的多个支撑部件；以及容纳所述检测元件和所述支撑部件的封装用基板，在将所述多个支撑部件的延长方向设为X轴、将在所述检测元件的平面内与X轴正交的轴设为Y轴、将与所述X轴和所述Y轴正交的轴设为Z轴时，施加在所述支撑部件上的所述检测元件的Y轴方向的载荷分量在所述多个支撑部件之间大致相同，而且所述Z轴方向的载荷分量在所述多个支撑部件之间大致相同。
2. 根据权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，所述检测元件的检测角速度的检测轴在所述z轴方向上，而且所述z 轴和铅直方向所构成的角为e，合成了所述Y轴方向的载荷分量和所述Z轴方向的载荷分量的载荷分量至少是基于重力加速度的载荷分量。
3. 根据权利要求2所述的惯性传感器，其特征在于，所述惯性传感器构成为通过使该惯性传感器的短方向倾斜来使所述z轴和所述铅直方向所构成的角度为e。
4. 一种惯性传感器装置，其特征在于，所述惯性传感器装置具有 权利要求1至3中的任一项所述的的惯性传感器； 与该惯性传感器电连接的多个引线端子；以及 容纳所述惯性传感器的模制外壳。
5. 根据权利要求4所述的惯性传感器装置，其特征在于， 所述模制外壳构成为具有从该模制外壳的一部分向所述模制外壳的底面方向延伸的引线端子；和从所述模制外壳的与所述一部分对置的 一部分向所述模制外壳的底面方向延伸的、比所述引线端子长的引线端 子，所述长引线端子朝向所述模制外壳侧具有多个弯曲部。
6. —种惯性传感器装置的制造方法，所述惯性传感器装置具有与安 装基板进行电连接的多个导线端子，所述惯性传感器装置是通过模塑方 法利用树脂对由所述多个引线端子构成的引线框和传感器设备进行浇铸 而形成的装置，所述传感器设备根据所述引线框的形状来确定设置角度， 而且包括响应相对于检测轴的动作的传感器，其特征在于，在将所述传感器设备接合到所述引线框上之后，将分别形成有凹部 的下模具和上模具以在所述凹部形成面之间夹着所述引线框的方式重叠 起来，在由此划分而成的型腔内容纳所述传感器设备，然后在所述型腔 内填充树脂进行成形，在这种模塑方法中使用由所述下模具和所述上模 具构成的模塑模具，在所述下模具和所述上模具中以下述方式形成有所 述凹部所述型腔的与所述引线框相对的顶面和底面分别形成为相对于 所述引线框的两个主面倾斜，而且该顶面和底面平行。
7. 根据权利要求6所述的惯性传感器装置的制造方法，其特征在于， 使用如下形成的所述模塑模具所述型腔的与所述引线框相对的顶面和底面相对于所述引线框的两个主面以与所述传感器设备的所述设置 角度相同的角度倾斜。
全文摘要
本发明提供一种惯性传感器、惯性传感器装置及其制造方法。惯性传感器能够在不使检测元件的检测性能恶化的情况下将检测轴设定为预定角度。惯性传感器具有与安装基板电连接的多个引线；陀螺传感器(10)，其根据由上述多个引线构成的引线端子(20)的形状来确定设置角度，而且包括响应相对于检测轴(70)的动作的传感器；以及模制件，其固定陀螺传感器(10)，并使模制外壳的底面(61)的垂线和检测轴(70)构成预定角度。
文档编号G01C19/56GK101126646SQ200710140340
公开日2008年2月20日 申请日期2007年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者佐藤健二, 松永雅敬 申请人:爱普生拓优科梦株式会社