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JP2008058144A - Inertial sensor and method of manufacturing inertial sensor - Google Patents

Inertial sensor and method of manufacturing inertial sensor Download PDF

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JP2008058144A
JP2008058144A JP2006235131A JP2006235131A JP2008058144A JP 2008058144 A JP2008058144 A JP 2008058144A JP 2006235131 A JP2006235131 A JP 2006235131A JP 2006235131 A JP2006235131 A JP 2006235131A JP 2008058144 A JP2008058144 A JP 2008058144A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
detection
support substrate
inertial sensor
detection axis
internal pad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006235131A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Sato
健二 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miyazaki Epson Corp
Original Assignee
Epson Toyocom Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epson Toyocom Corp filed Critical Epson Toyocom Corp
Priority to JP2006235131A priority Critical patent/JP2008058144A/en
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Abstract

【課題】検出素子の検出性能を悪化させることなく、検出素子の検出軸の角度調整を精度
良く行うことができる慣性センサを提供する。
【解決手段】所定の検出軸方向の物理量の大きさを検出する水晶振動素子11と、水晶振
動素子11を支持する支持基板12と、支持基板12を収納するセラミックパッケージ1
7と、支持基板12とセラミックパッケージ17の内底面との間に接続され、水晶振動素
子11の検出軸Gを検出すべき正規方向から所定角度傾斜させる金属球2とを備えるよう
にした。
【選択図】図1
An inertial sensor capable of accurately adjusting the angle of a detection axis of a detection element without deteriorating the detection performance of the detection element.
A crystal resonator element that detects a magnitude of a physical quantity in a predetermined detection axis direction, a support substrate that supports the crystal resonator element, and a ceramic package that houses the support substrate.
7 and a metal ball 2 connected between the support substrate 12 and the inner bottom surface of the ceramic package 17 and tilting the detection axis G of the crystal resonator element 11 by a predetermined angle from the normal direction to be detected.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、加速度センサやジャイロセンサ等の慣性センサ、及び慣性センサの製造方法
に関わり、特に車載用のナビゲーション装置等に好適なものである。
The present invention relates to an inertial sensor such as an acceleration sensor and a gyro sensor, and a method for manufacturing the inertial sensor, and is particularly suitable for a vehicle-mounted navigation device and the like.

カーナビゲーション装置が広く普及している。このようなカーナビゲーション装置にお
いて、自動車等の車両の現在位置を検出する際には、所謂GPS(Global Positioning Sy
stem)を用いて測位する方法と、車両の移動方向、及び移動距離を自立的に測位する方法
とが併用されている。このため、カーナビゲーション装置においては、車両の移動方向、
及び移動距離を自立的に測位するために車両に加わる加速度や角速度等を検出するジャイ
ロセンサ(角速度センサ)や加速度センサ等の慣性センサが搭載されている。
このような慣性センサにより角速度や加速度等を検出する場合は、検出すべき方向に検
出軸を向ける必要があり、例えば、ジャイロセンサであれば、検出軸が鉛直上方を向くよ
うに設置する必要があった。
Car navigation devices are widely used. In such a car navigation apparatus, when detecting the current position of a vehicle such as an automobile, a so-called GPS (Global Positioning Sy
The method of positioning using a stem) and the method of autonomously measuring the moving direction and moving distance of the vehicle are used in combination. For this reason, in the car navigation device, the moving direction of the vehicle,
In addition, an inertial sensor such as a gyro sensor (angular velocity sensor) or an acceleration sensor for detecting an acceleration, an angular velocity, or the like applied to the vehicle in order to independently determine the moving distance is mounted.
When detecting an angular velocity, acceleration, or the like using such an inertial sensor, the detection axis needs to be directed in the direction to be detected. For example, in the case of a gyro sensor, the detection axis needs to be installed vertically upward. there were.

ところで、近年、カーナビゲーション装置は、小型化が進み、従来、座席の下やトラン
クルーム内等に配置されていた装置本体(以下、「ナビゲーション本体」と称する)を運
転席と助手席との間に位置するセンターコンソールに設置するタイプのものが開発されて
いる。
図5は、センターコンソールに設置されたナビゲーション本体を示した図であり、(a
)はその全体斜視図、(b)はカーナビゲーション本体に実装されているジャイロセンサ
を示した図である。
By the way, in recent years, the size of car navigation devices has been reduced, and a device main body (hereinafter referred to as “navigation main body”) that has been conventionally arranged under a seat or in a trunk room is interposed between a driver seat and a passenger seat. A type to be installed on the center console located has been developed.
FIG. 5 is a diagram showing a navigation main body installed on the center console.
) Is an overall perspective view, and (b) is a diagram showing a gyro sensor mounted on a car navigation body.

図5(a)に示すように、センターコンソール102にナビゲーション本体100を設
置する場合、ナビゲーション本体100に取り付けられている表示装置101の視認性や
、図示しない操作パネルの操作性の観点から表示装置101、及び操作パネルの盤面を運
転者の目線方向に向けることが好ましい。つまり、ナビゲーション本体100を水平方向
から斜め上方に傾斜させてセンターコンソール102内に設置することが好ましい。しか
しながら、ナビゲーション本体100を斜め上方に傾斜させてセンターコンソール102
に設置した場合は、図5(b)に示すようにナビゲーション本体100内のプリント基板
103に実装されているジャイロセンサ104の検出軸Gが、本来向けられるべき方向で
ある鉛直方向Vからナビゲーション本体100の取り付け角度(傾き角)θだけ傾いてし
まうため、ジャイロセンサ104において検出される角速度に誤差が生じる。
As shown in FIG. 5A, when the navigation main body 100 is installed on the center console 102, the display device is viewed from the viewpoint of the visibility of the display device 101 attached to the navigation main body 100 and the operability of an operation panel (not shown). 101 and the panel surface of the operation panel are preferably directed toward the driver's line of sight. That is, it is preferable that the navigation main body 100 is installed in the center console 102 while being inclined obliquely upward from the horizontal direction. However, the navigation console 100 is inclined obliquely upward and the center console 102
5 (b), the navigation main body from the vertical direction V, which is the direction in which the detection axis G of the gyro sensor 104 mounted on the printed circuit board 103 in the navigation main body 100 should be directed. Since the mounting angle (tilt angle) θ of 100 is inclined, an error occurs in the angular velocity detected by the gyro sensor 104.

通常のカーナビゲーション装置では、ナビゲーション本体100の取り付け角度により
発生するジャイロセンサ104等の検出誤差を補正するため、ソフトウェアの演算処理に
より検出結果の補正が行われているが、このようなソフトウェアによる補正処理には限界
があり、例えば、ナビゲーション本体100の傾き角θが30°以上になるとソフトウェ
アの演算処理では補正しきれないのが現状であった。
このため、カーナビゲーション装置では、斜めに傾けて搭載した場合でも正確に検出を
行うことができる慣性センサが求められ、そのようなセンサが各種提案されている。
例えば、特許文献1には、センサ内部の角速度検出素子を保持部材により傾けることで
、センサの形状やセンサの実装方法を変えずに検出軸を傾けるようにした角速度センサが
開示されている。
In a normal car navigation apparatus, in order to correct a detection error of the gyro sensor 104 and the like generated by the mounting angle of the navigation main body 100, the detection result is corrected by software calculation processing. There is a limit to the processing. For example, when the inclination angle θ of the navigation main body 100 is 30 ° or more, the current state is that correction cannot be performed by software calculation processing.
For this reason, in the car navigation device, an inertial sensor that can accurately detect even when mounted obliquely is required, and various types of such sensors have been proposed.
For example, Patent Document 1 discloses an angular velocity sensor in which the detection axis is inclined without changing the sensor shape or the sensor mounting method by inclining an angular velocity detection element inside the sensor with a holding member.

また特許文献2には、一定の方向性を有する物理量の当該方向及び大きさを検出する検
出素子と、検出素子を固定支持する取付部と、を備えるセンサ装置において、検出素子が
方向及び大きさを検出する基準である検出軸の方向と、当該検出する際に実際に検出素子
に加わる物理量の方向と、の差として予測される角度差を減少させる減少方向に予め設定
された減少角度だけ傾斜して取付部に固定するようにしたセンサ装置が開示されている。
また特許文献3には、振動子を支持基板に接続する脚部、及びその支持基板とパッケー
ジ用基板とを接続する接着剤によって、パッケージ内の振動子の角度を設定し、振動子の
検出軸を所望方向に配向させるようにした振動子の支持構造が開示されている。
WO03/100350 特開2003−227844公報 特開2005−249428公報
Further, in Patent Document 2, in a sensor device including a detection element that detects the direction and size of a physical quantity having a certain directionality, and a mounting portion that fixedly supports the detection element, the detection element is in the direction and size. Inclined by a preset reduction angle in a decreasing direction that reduces the angle difference predicted as the difference between the direction of the detection axis that is the reference for detecting the detection and the direction of the physical quantity that is actually applied to the detection element during the detection Thus, a sensor device is disclosed that is fixed to the mounting portion.
In Patent Document 3, the angle of the vibrator in the package is set by a leg portion for connecting the vibrator to the support substrate and an adhesive for connecting the support board and the package substrate, and the detection axis of the vibrator is set. A support structure for a vibrator is disclosed that is oriented in a desired direction.
WO03 / 100350 JP 2003-227844 A JP 2005-249428 A

しかしながら、上記特許文献1では、基台上に振動子を保持する保持部材は、弾性変形
が可能であり、このような弾性変形部材を弾性変形させることで振動子の検出軸の角度を
調整しているため、検出軸の調整精度が悪いという欠点があった。
また特許文献2は、接着剤により検出素子を取付部に固着して振動子の検出軸の角度調
整を行っているため、やはり検出軸の調整精度が悪いという欠点があった。
さらに、特許文献3では、未硬化接着剤の量を変化させた後、未硬化接着剤を硬化させ
ることによって振動子の検出軸を設定しているため、上記同様、検出軸の角度調整の精度
が悪いという欠点があった。
However, in Patent Document 1, the holding member that holds the vibrator on the base can be elastically deformed, and the elastic deformation member is elastically deformed to adjust the angle of the detection axis of the vibrator. Therefore, there is a drawback that the adjustment accuracy of the detection axis is poor.
Further, Patent Document 2 has a drawback that the detection axis adjustment accuracy is poor because the detection element is fixed to the mounting portion with an adhesive to adjust the angle of the detection axis of the vibrator.
Furthermore, in Patent Document 3, since the detection axis of the vibrator is set by curing the uncured adhesive after changing the amount of the uncured adhesive, the accuracy of angle adjustment of the detection axis is similar to the above. There was a fault that it was bad.

さらにまた、特許文献1、2に開示されているセンサでは、検出素子を取付部に取り付
ける角度自体を調整しているため、取付部が検出素子からの振動漏れや不要振動モード等
の発生原因となり、検出性能を悪化させる虞もあった。
本発明は上記した点を鑑みてなされたものであり、検出素子の検出性能を悪化させるこ
となく、検出素子の検出軸の角度調整を精度良く行うことができる慣性センサと、その製
造方法を提供することを目的とする。
Furthermore, in the sensors disclosed in Patent Documents 1 and 2, since the angle itself for attaching the detection element to the attachment part is adjusted, the attachment part causes vibration leakage from the detection element and unnecessary vibration modes. There was also a risk of deteriorating detection performance.
The present invention has been made in view of the above points, and provides an inertial sensor capable of accurately adjusting the angle of the detection axis of the detection element without deteriorating the detection performance of the detection element, and a method for manufacturing the same. The purpose is to do.

上記目的を達成するため、本発明の慣性センサは、所定の検出軸方向の物理量の大きさ
を検出する検出素子と、検出素子を支持する支持基板と、支持基板を収納するパッケージ
用基板と、支持基板とパッケージ用基板の内底面との間に接続され、支持基板に支持され
た検出素子の検出軸を検出すべき正規方向から所定角度傾斜させる傾斜部材と、を備える
ようにした。
このように、本発明では、検出素子自体を傾斜させて固定することなく、検出軸を検出
すべき検出方向から所定角度傾斜させることができるため、検出素子からの振動漏れや不
要振動モード等が発生するのを抑制することができ、検出素子の検出性能が悪化するのを
防止することができる。
また支持基板とパッケージ用基板の内底面との間に傾斜部材を配置して検出素子の検出
軸を所定角度傾斜させるようにしているので検出軸の傾斜角度の精度を高めることができ
る。
In order to achieve the above object, an inertial sensor of the present invention includes a detection element that detects the magnitude of a physical quantity in a predetermined detection axis direction, a support substrate that supports the detection element, a package substrate that houses the support substrate, An inclination member that is connected between the support substrate and the inner bottom surface of the package substrate and inclines the detection axis of the detection element supported by the support substrate by a predetermined angle from the normal direction to be detected is provided.
As described above, in the present invention, the detection axis can be tilted by a predetermined angle from the detection direction to be detected without tilting and fixing the detection element itself. Generation | occurrence | production can be suppressed and it can prevent that the detection performance of a detection element deteriorates.
In addition, since the inclined member is arranged between the support substrate and the inner bottom surface of the package substrate so that the detection axis of the detection element is inclined by a predetermined angle, the accuracy of the inclination angle of the detection axis can be improved.

また、本発明の慣性センサでは傾斜部材に金属球を用いるようにした。
金属球は加工精度が高いため、支持基板とパッケージ用基板の内底面との間に金属球を
配置して検出素子の検出軸を所定角度傾斜させるようにすると、検出軸の傾斜角度の精度
をより高めることができる。
また、傾斜部材に金属球を用いると、その直径に依存する検出軸の傾き角のバラツキを
抑えることができる。また傾斜部材に金属球を用いるとセルフアライメント作用によって
金属球を内部パッドの重心位置に接続することができるため、金属球の接続位置に依存す
る検出軸の傾き角のバラツキを抑えることができる。さらに金属球は導電性を有するため
、支持基板とパッケージ用基板との間を導通させる部材として利用することができる。
また、本発明の慣性センサでは、傾斜部材として径の異なる2種類の金属球を用いて検
出軸を検出すべき検出方向から所定角度傾斜させるようにすると、検出軸の角度調整を容
易に行うことができる。
In addition, in the inertial sensor of the present invention, a metal ball is used for the inclined member.
Since the metal sphere has high processing accuracy, if the metal sphere is arranged between the support substrate and the inner bottom surface of the package substrate and the detection axis of the detection element is inclined by a predetermined angle, the accuracy of the inclination angle of the detection axis is improved. Can be increased.
In addition, when a metal sphere is used for the inclined member, variations in the inclination angle of the detection axis depending on the diameter can be suppressed. In addition, when a metal sphere is used for the inclined member, the metal sphere can be connected to the position of the center of gravity of the internal pad by the self-alignment action, so that variations in the inclination angle of the detection axis depending on the connection position of the metal sphere can be suppressed. Furthermore, since the metal sphere has conductivity, it can be used as a member for conducting between the support substrate and the package substrate.
Further, in the inertial sensor of the present invention, if the detection axis is inclined at a predetermined angle from the detection direction to be detected using two kinds of metal balls having different diameters as the inclined members, the angle of the detection axis can be easily adjusted. Can do.

また本発明の慣性センサの製造方法は、本発明の慣性センサの製造方法であって、パッ
ケージ用基板の内部底面に半導体集積回路を実装する工程と、パッケージ用基板に形成し
た内部パッドに傾斜部材を実装する工程と、傾斜部材を含む内部パッド上に支持基板を実
装する工程と、パッケージ用基板の支持基板を含む空間を真空封止する工程とを含むよう
にしている。
このようにすれば、本発明の慣性センサを作製することができる。また、従来のように
検出素子に対してスリット加工などを施す必要がないため、検出素子の加工コストを削減
することができるため、コストダウンを図ることができる。
The inertial sensor manufacturing method of the present invention is the inertial sensor manufacturing method of the present invention, wherein a step of mounting a semiconductor integrated circuit on an inner bottom surface of a package substrate and an inclined member on an internal pad formed on the package substrate , A step of mounting the support substrate on the internal pad including the inclined member, and a step of vacuum-sealing the space including the support substrate of the package substrate.
In this way, the inertial sensor of the present invention can be manufactured. In addition, since it is not necessary to perform slit processing or the like on the detection element as in the prior art, the processing cost of the detection element can be reduced, and thus the cost can be reduced.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態では本発明の慣性センサの一例としてジャイロセンサを例に挙げて説明する

図1は、本発明の第1の実施形態に係るジャイロセンサの構成を示した図であり、(a
)は全体斜視図、(b)は内部の構造を模式的に示した図である。なお、(a)において
は蓋体16の図示は省略している。
この図1(a)(b)に示すジャイロセンサ10は、検出素子として水晶振動素子11
を有する。水晶振動素子11は、脚部13によって支持基板12に機械的、電気的に接続
されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In the present embodiment, a gyro sensor will be described as an example of the inertial sensor of the present invention.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a gyro sensor according to a first embodiment of the present invention.
) Is an overall perspective view, and (b) is a diagram schematically showing the internal structure. In addition, illustration of the cover body 16 is abbreviate | omitted in (a).
A gyro sensor 10 shown in FIGS. 1A and 1B includes a crystal vibrating element 11 as a detecting element.
Have The crystal resonator element 11 is mechanically and electrically connected to the support substrate 12 by the legs 13.

セラミック等の絶縁部材から成るセラミックパッケージ17の内部底面には、発振回路
を含む半導体集積回路(以下、「IC回路」という)15が接続されている。
またセラミックパッケージ17の内部底面には段差部が形成されており、この段差部の
上面に支持基板12を固定するための内部パッド14が形成されている。
そして、本実施形態のジャイロセンサ10においては、この内部パッド14に対して支
持基板12を固定する際に、セラミックパッケージ17の一辺側に形成されている内部パ
ッド14に傾斜部材である金属球2を半田3により接続するようにしている。これにより
、検出素子である水晶振動素子11の検出軸Gを本来の検出すべき検出方向(鉛直方向)
Vから所定角度θだけ傾けるようにしている。
A semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as “IC circuit”) 15 including an oscillation circuit is connected to an inner bottom surface of a ceramic package 17 made of an insulating member such as ceramic.
A step portion is formed on the inner bottom surface of the ceramic package 17, and an internal pad 14 for fixing the support substrate 12 is formed on the upper surface of the step portion.
In the gyro sensor 10 of the present embodiment, when the support substrate 12 is fixed to the internal pad 14, the metal ball 2 that is an inclined member is formed on the internal pad 14 formed on one side of the ceramic package 17. Are connected by solder 3. As a result, the detection direction (vertical direction) in which the detection axis G of the crystal resonator element 11 as the detection element should be detected originally.
The angle is inclined from V by a predetermined angle θ.

ここで、傾斜部材である金属球2は例えばCu、樹脂、或いはガラスなどをコア部材と
し、その表面に半田コーティングを施した半田ボールなどとされる。
またセラミックパッケージ17の上面には、金属からなる蓋体16が低融点金属等の封
止部材19によって接合されている。これにより、セラミックパッケージ17の内部を真
空封止するようにしている。なお、蓋体16としてガラス蓋を用いることも可能であり、
この場合は封止部材19として低融点ガラス等が用いられる。
また、セラミックパッケージ17の外部底面から側面にかけて実装電極18が形成され
ている。実装電極18は、セラミックパッケージ17に形成されている図示しない内部導
体を介してIC回路15に接続されている。
Here, the metal ball 2 that is an inclined member is, for example, a solder ball having a core member made of Cu, resin, glass, or the like, and having a surface coated with solder.
A lid 16 made of metal is bonded to the upper surface of the ceramic package 17 by a sealing member 19 such as a low melting point metal. Thereby, the inside of the ceramic package 17 is vacuum-sealed. It is also possible to use a glass lid as the lid body 16,
In this case, low-melting glass or the like is used as the sealing member 19.
A mounting electrode 18 is formed from the outer bottom surface to the side surface of the ceramic package 17. The mounting electrode 18 is connected to the IC circuit 15 via an internal conductor (not shown) formed in the ceramic package 17.

水晶振動素子11の励振電極(ここでは図示しない)とIC回路15とは、パッケージ
内部配線を介して接続されている。例えば、水晶振動子11の後述する励振電極36は基
部31の裏面から、水晶振動素子11を支持するワイヤボンディングまたはリードによっ
て支持基板12に接続される。支持基板12からパッケージ内部配線を介してフェースダ
ウンまたはワイヤボンディングよりIC回路に電気的に接続されている。なお、本実施形
態では、傾斜部材として金属球2を用いていることから、セラミックパッケージ17の内
部パッド14を内部配線によりIC回路15と接続し、前記内部パッド14と接続される
支持基板12の部分(図示しない)と水晶振動素子11の励振電極とを接続しておけば、
金属球2を介して水晶振動素子11とIC回路15とを接続することも可能である。
The excitation electrode (not shown here) of the crystal resonator element 11 and the IC circuit 15 are connected via a package internal wiring. For example, an excitation electrode 36 (described later) of the crystal unit 11 is connected to the support substrate 12 from the back surface of the base 31 by wire bonding or leads that support the crystal unit 11. The support substrate 12 is electrically connected to the IC circuit through face-down or wire bonding via the package internal wiring. In this embodiment, since the metal sphere 2 is used as the inclined member, the internal pad 14 of the ceramic package 17 is connected to the IC circuit 15 by internal wiring, and the support substrate 12 connected to the internal pad 14 is connected. If the portion (not shown) and the excitation electrode of the crystal resonator element 11 are connected,
It is also possible to connect the crystal resonator element 11 and the IC circuit 15 via the metal sphere 2.

図4(a)は、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子11を概略的に示す平面図であ
る。図4(b)は、水晶振動素子11の検出振動モードの振動を示す平面図である。本例
の水晶振動素子11は、基部31と、基部31から突出する一対の検出振動片32a、3
2b、基部31から突出する一対の接続部33と、各接続部33の先端に設けられている
各駆動振動片34a、34b、34c、34dとを備えている。各駆動振動片34a、3
4b、34c、34dの各主面には、それぞれ細長い溝が形成されており、各駆動振動片
34a、34b、34c、34dの横断面形状は略H字形状となっている。また、溝内に
励振電極(駆動電極、以下同じ)36が形成されている。各駆動振動片34a、34b、
34c、34dの各先端にはそれぞれ幅広部または重量部38a、38b、38c、38
dが設けられている。各検出振動片32a、32bの各主面には、それぞれ細長い溝が形
成されており、各検出振動片32a、32bの横断面形状は略H字形状となっている。ま
た、溝内に検出電極37が形成されている。各検出振動片32a、32bの各先端にはそ
れぞれ幅広部または重量部35a、35bが設けられている。
FIG. 4A is a plan view schematically showing a crystal resonator element 11 according to one embodiment of the present invention. FIG. 4B is a plan view showing the vibration in the detection vibration mode of the crystal resonator element 11. The crystal resonator element 11 of this example includes a base 31 and a pair of detection vibrating pieces 32a and 3 protruding from the base 31.
2b, a pair of connecting portions 33 protruding from the base portion 31, and driving vibration pieces 34a, 34b, 34c, 34d provided at the tips of the connecting portions 33. Each drive vibrating piece 34a, 3
Each main surface of 4b, 34c, 34d is formed with an elongated groove, and the cross-sectional shape of each drive vibration piece 34a, 34b, 34c, 34d is substantially H-shaped. An excitation electrode (drive electrode, hereinafter the same) 36 is formed in the groove. Each drive vibrating piece 34a, 34b,
Wide ends or weight portions 38a, 38b, 38c, 38 are provided at the respective tips of 34c, 34d.
d is provided. Each main surface of each detection vibrating piece 32a, 32b is formed with an elongated groove, and the cross-sectional shape of each detection vibration piece 32a, 32b is substantially H-shaped. A detection electrode 37 is formed in the groove. A wide part or a weight part 35a, 35b is provided at the tip of each detection vibrating piece 32a, 32b.

図4(a)は駆動モードの振動を示す。駆動時には、各駆動振動片34a、34b、3
4c、34dが、それぞれ、接続部33への付け根39を中心として矢印Aのように屈曲
振動する。この状態で水晶振動素子11を、水晶振動素子11に略垂直な回転軸Gの周り
に角速度ωで回転させる。すると、図4(b)に示すように、重量部38a、38b、3
8c、38dに、屈曲振動の方向Aおよび回転軸Gの両方に垂直な方向にコリオリ力Fが
加わる。その結果、接続部33が基部31への付け根33aを中心として、矢印Bのよう
に屈曲振動する。各検出振動片32a、32bが、それぞれ、その反作用によって、基部
31の付け根40を中心として、矢印Cのように屈曲振動する。矢印Cの屈曲振動によっ
て圧電現象が生じ、検出電極37の電位が変化する。この電位の変化をIC回路15内に
ある検出回路によって検出することで、回転軸G回りの角速度ωを求める。ここで、水晶
振動素子11の+X軸/−X軸の結晶軸方向を矢印Aの方向となるようにし、水晶振動素
子11のZ軸の結晶軸方向を回転軸Gと揃えると検出効率が高い。
FIG. 4A shows drive mode vibration. At the time of driving, each driving vibration piece 34a, 34b, 3
4c and 34d each vibrate and vibrate as indicated by an arrow A with the base 39 to the connection portion 33 as the center. In this state, the crystal resonator element 11 is rotated at an angular velocity ω around a rotation axis G substantially perpendicular to the crystal resonator element 11. Then, as shown in FIG. 4B, the weight portions 38a, 38b, 3
Coriolis force F is applied to 8c and 38d in a direction perpendicular to both the bending vibration direction A and the rotation axis G. As a result, the connecting portion 33 bends and vibrates as indicated by an arrow B around the base 33a to the base portion 31. Each of the detection vibrating pieces 32a and 32b is flexibly vibrated as indicated by an arrow C around the base 40 of the base 31 by the reaction. A piezoelectric phenomenon is generated by the bending vibration of the arrow C, and the potential of the detection electrode 37 changes. The change in potential is detected by a detection circuit in the IC circuit 15 to obtain the angular velocity ω around the rotation axis G. Here, when the crystal axis direction of the + X axis / −X axis of the crystal resonator element 11 is set to the direction of the arrow A and the crystal axis direction of the Z axis of the crystal resonator element 11 is aligned with the rotation axis G, the detection efficiency is high. .

ここで、本実施形態のジャイロセンサ10では、セラミックパッケージ17の一辺側に
形成されている内部パッド14と支持基板12との間に金属球2を介在させることで、水
晶振動素子11の検出軸Gを本来の検出すべき検出方向(鉛直方向)Vから所定角度θだ
け傾けるようにしている。このようにすれば、検出素子である水晶振動素子11自体を傾
斜させて固定することなく、検出軸Gを検出すべき方向から所定角度傾斜させることがで
きるため、従来のように水晶振動素子11からの振動漏れや不要振動モード等が発生する
のを抑制することができ、検出素子の検出性能が悪化するのを防止することができる。
ジャイロセンサ10の傾き角θは、支持基板12を傾けたときに支点となる基板端縁か
ら金属球2の接触点までの長さLと金属球2の直径φとによって決定されるが、上記のよ
うに構成される金属球2は加工精度が極めて高いため、傾斜部材として金属球2を用いる
と、金属球2の直径φのバラツキにより発生する検出軸Gの傾き角のバラツキを抑制する
ことができる。
Here, in the gyro sensor 10 of the present embodiment, the metal ball 2 is interposed between the internal pad 14 formed on one side of the ceramic package 17 and the support substrate 12, thereby detecting the detection axis of the crystal resonator element 11. G is inclined by a predetermined angle θ from the original detection direction (vertical direction) V to be detected. In this manner, the detection axis G can be tilted by a predetermined angle from the direction to be detected without tilting and fixing the crystal vibration element 11 itself that is the detection element. It is possible to suppress the occurrence of vibration leakage, unnecessary vibration mode, and the like, and to prevent the detection performance of the detection element from deteriorating.
The inclination angle θ of the gyro sensor 10 is determined by the length L from the substrate edge serving as a fulcrum when the support substrate 12 is inclined to the contact point of the metal sphere 2 and the diameter φ of the metal sphere 2. Since the metal sphere 2 configured as described above has extremely high processing accuracy, use of the metal sphere 2 as an inclined member suppresses variation in the inclination angle of the detection axis G caused by variation in the diameter φ of the metal sphere 2. Can do.

また金属球2は導電性を有することから、金属球2を支持基板12とセラミックパッケ
ージ17との間を導通させる部材として利用することができる。従って、セラミックパッ
ケージ17の内部パッド14を内部配線によりIC回路15と接続し、前記内部パッド1
4と接続される支持基板12の部分(図示しない)と水晶振動素子11の励振電極とを接
続しておけば、金属球2を介して水晶振動素子11とIC回路15を電気的に接続するこ
とができる。
Further, since the metal sphere 2 has conductivity, the metal sphere 2 can be used as a member that conducts between the support substrate 12 and the ceramic package 17. Therefore, the internal pad 14 of the ceramic package 17 is connected to the IC circuit 15 by the internal wiring, and the internal pad 1
If the portion of the support substrate 12 (not shown) connected to 4 and the excitation electrode of the crystal resonator element 11 are connected, the crystal resonator element 11 and the IC circuit 15 are electrically connected via the metal ball 2. be able to.

さらに傾斜部材として金属球2を用いた場合は、内部パッド14に金属球2を接続する
ための銀ペースト(半田)3が溶融したときの表面張力によって金属球2を内部パッド1
4の重心位置に配置することができる。つまり、傾斜部材として金属球2を用いるように
すると金属球2のセルフアライメント作用によって金属球2を内部パッド14の重心位置
に配置することができる。この結果、支持基板12の端縁から金属球2の接触点までの長
さLの精度を高めることが可能になるので、支点となる支持基板12の端縁から金属球2
までの長さLのバラツキにより発生する検出軸Gの傾き角のバラツキを抑制することがで
きる。
さらに傾斜部材として金属球2を用いた場合は、半田3により金属球2を内部パッド1
4に接続したときの半田フィレットの形状が安定したものとなり、接続強度を高めること
ができるという利点もある。
なお、本実施形態では内部パッド14の形状が矩形状である場合を例に挙げて説明した
が、これはあくまでも一例であり、内部パッド14の形状は円形状であっても良い。
Further, when the metal sphere 2 is used as the inclined member, the metal sphere 2 is attached to the internal pad 1 by the surface tension when the silver paste (solder) 3 for connecting the metal sphere 2 to the internal pad 14 is melted.
4 can be arranged at the center of gravity position. That is, when the metal sphere 2 is used as the inclined member, the metal sphere 2 can be disposed at the center of gravity of the internal pad 14 by the self-alignment action of the metal sphere 2. As a result, it is possible to improve the accuracy of the length L from the edge of the support substrate 12 to the contact point of the metal sphere 2, so that the metal sphere 2 extends from the edge of the support substrate 12 serving as a fulcrum.
It is possible to suppress the variation in the inclination angle of the detection axis G caused by the variation in the length L up to the above.
Further, when the metal ball 2 is used as the inclined member, the metal ball 2 is attached to the internal pad 1 by the solder 3.
The shape of the solder fillet when connected to 4 becomes stable, and there is an advantage that the connection strength can be increased.
In the present embodiment, the case where the shape of the internal pad 14 is rectangular has been described as an example. However, this is merely an example, and the shape of the internal pad 14 may be circular.

図2は本発明の第2の実施形態に係るジャイロセンサの構成を模式的に示した図である
。なお、図1と同一部位には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この図2に示すジャイロセンサ20においては、支持基板12をセラミックパッケージ
17内の内部パッド14に接続する際に、一辺側の内部パッド14に対して金属球2aを
接続し、他辺側の内部パッド14に対して金属球2aより径が小さい金属球2bを接続す
ることで、金属球2aと金属球2bとの径の違いによって検出軸Gを本来検出すべき検出
方向(鉛直方向V)から角度θだけ傾けるようにしている。
このように構成した場合も、上記第1の実施形態と同様、水晶振動素子11自体を傾斜
させて取付部に固定する必要がないので、従来のように水晶振動素子11から振動漏れや
不要振動モード等が発生するのを防止することができる。
また、この場合も傾斜部材として使用する金属球2a、2bの加工精度が極めて高いた
め、金属球2a、2bの直径のバラツキにより発生する検出軸Gの傾き角のバラツキを抑
制することができる。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the gyro sensor according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same site | part as FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted.
In the gyro sensor 20 shown in FIG. 2, when the support substrate 12 is connected to the internal pad 14 in the ceramic package 17, the metal ball 2 a is connected to the internal pad 14 on one side, and the internal on the other side. By connecting a metal sphere 2b having a diameter smaller than that of the metal sphere 2a to the pad 14, the detection axis G is originally detected from the detection direction (vertical direction V) due to the difference in diameter between the metal sphere 2a and the metal sphere 2b. The angle is inclined by θ.
Even in such a configuration, as in the first embodiment, it is not necessary to incline the crystal resonator element 11 itself and fix it to the mounting portion. It is possible to prevent the occurrence of a mode or the like.
Also in this case, since the processing accuracy of the metal balls 2a and 2b used as the inclined members is extremely high, it is possible to suppress the variation in the inclination angle of the detection axis G caused by the variation in the diameter of the metal balls 2a and 2b.

さらに金属球2a、2bは導電性を有することから、金属球2a、2bを内部パッド1
4に接続すれば、内部パッド14と支持基板12とを金属球2a又は2bを介して接続す
ることができる。さらに先に説明した金属球のセルフアライメント作用によって、金属球
2a、2bを内部パッド14の重心位置に配置することができるため、支点となる金属球
2aから金属球2bまでの長さLのバラツキにより発生する検出軸Gの傾き角のバラツキ
を抑制することができる。またこの場合も金属球2a、2bを支持基板12とセラミック
パッケージ17との間を導通させる部材として利用することができる。
なお、本実施形態では内部パッド14の形状が矩形状である場合を例に挙げて説明した
が、これはあくまでも一例であり、内部パッド14の形状は円形状であっても良い。
Further, since the metal balls 2a and 2b have conductivity, the metal balls 2a and 2b are connected to the inner pad 1
4, the internal pad 14 and the support substrate 12 can be connected via the metal ball 2a or 2b. Further, since the metal balls 2a and 2b can be arranged at the center of gravity of the internal pad 14 by the self-alignment action of the metal balls described above, the variation in the length L from the metal ball 2a to the metal ball 2b as a fulcrum is varied. The variation in the inclination angle of the detection axis G caused by the above can be suppressed. Also in this case, the metal balls 2 a and 2 b can be used as a member for conducting between the support substrate 12 and the ceramic package 17.
In the present embodiment, the case where the shape of the internal pad 14 is rectangular has been described as an example. However, this is merely an example, and the shape of the internal pad 14 may be circular.

次に、上記したような本実施形態のジャイロセンサの製造方法について説明する。
図3は、本実施形態のジャイロセンサの製造手順の一例を示した図である。
本実施形態のジャイロセンサを製造するには、先ず、IC回路実装工程S1として、内
部パッド14や実装電極18、図示しない内部導体等を形成したセラミックパッケージ1
7の内部底面に、例えばフェイスダウンボンディングによりIC回路15を実装する。
次に、金属球実装工程S2として、金属球2を配置する内部パッド14に銀ペーストを
塗布した後、金属球2を配置してリフローを行うことにより、内部パッド14に金属球2
を実装する。
Next, a method for manufacturing the gyro sensor of the present embodiment as described above will be described.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a manufacturing procedure of the gyro sensor of the present embodiment.
To manufacture the gyro sensor of this embodiment, first, as an IC circuit mounting step S1, a ceramic package 1 in which internal pads 14, mounting electrodes 18, internal conductors (not shown), and the like are formed.
The IC circuit 15 is mounted on the inner bottom surface of 7 by face-down bonding, for example.
Next, as a metal ball mounting step S2, a silver paste is applied to the internal pad 14 on which the metal ball 2 is placed, and then the metal ball 2 is placed on the internal pad 14 to perform reflow.
Is implemented.

次に、支持基板実装工程S3として、内部パッド14の両側に銀ペーストを塗布する。
このとき、内部パッド14上に金属球2が接続されている場合は、その金属球2上に銀ペ
ーストを塗布すればよい。この後、検出素子である水晶振動素子11を搭載した支持基板
12を内部パッド上に載置してリフローを行うことにより、金属球2を挟んで内部パッ1
4ド上に支持基板12を実装する。
この後、真空封止工程(S4)として、セラミックパッケージ17内を真空状態で封止
する。これにより、図1、図2に示した本実施形態のジャイロセンサ10(20)を作製
することができる。また、従来のように検出素子である水晶振動素子11に対してスリッ
ト加工などを施す必要がないため、水晶振動素子11の加工コストを削減することができ
る。
Next, a silver paste is applied on both sides of the internal pad 14 as a support substrate mounting step S3.
At this time, when the metal sphere 2 is connected on the internal pad 14, a silver paste may be applied on the metal sphere 2. After that, the support substrate 12 on which the crystal resonator element 11 as the detection element is mounted is placed on the internal pad and reflowed, whereby the internal pad 1 is sandwiched between the metal balls 2.
The support substrate 12 is mounted on the four doors.
Thereafter, as a vacuum sealing step (S4), the inside of the ceramic package 17 is sealed in a vacuum state. Thereby, the gyro sensor 10 (20) of this embodiment shown in FIG. 1, FIG. 2 is producible. In addition, since it is not necessary to perform slit processing or the like on the crystal resonator element 11 that is a detection element as in the prior art, the processing cost of the crystal resonator element 11 can be reduced.

なお、本実施形態では、本発明の慣性センサの一例としてジャイロセンサを例に挙げて
説明したが、あくまでも一例であり、検出素子により検出軸方向の物理量の大きさを検出
するセンサであれば、例えば加速度センサなどにも適用可能である。
また、本実施形態では、慣性センサとしてジャイロセンサを例に挙げているため、検出
すべき正規方向を鉛直方向Vとしているが、慣性センサが加速度センサである場合は、検
出すべき正規方向は進行方向(水平方向)となるのはいうまでもない。
また、これまで説明した本実施形態では、傾斜部材を用いてジャイロセンサの検出軸G
を特定方向(本実施形態では紙面の右側方向)に所定角度傾斜させる場合を例に挙げて説
明したが、例えば内部パッド14において金属球2を接続する位置を変えることで、検出
軸Gの傾斜角度に加えて傾斜方向を調整することも可能である。
In the present embodiment, the gyro sensor has been described as an example of the inertial sensor of the present invention.However, the gyro sensor is merely an example, and any sensor that detects the magnitude of the physical quantity in the detection axis direction by the detection element may be used. For example, it can be applied to an acceleration sensor.
In this embodiment, since the gyro sensor is used as an example of the inertial sensor, the normal direction to be detected is the vertical direction V. However, when the inertial sensor is an acceleration sensor, the normal direction to be detected is advancing. Needless to say, the direction is the horizontal direction.
Further, in the present embodiment described so far, the detection axis G of the gyro sensor using an inclined member.
Has been described by taking as an example a case where the angle of inclination is inclined by a predetermined angle in a specific direction (in the present embodiment, the right side of the drawing). For example, by changing the position of the internal pad 14 where the metal ball 2 is connected, the inclination of the detection axis G It is also possible to adjust the inclination direction in addition to the angle.

(a)(b)は本発明の第1の実施形態に係るジャイロセンサの構成を示した図である。(A) (b) is the figure which showed the structure of the gyro sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るジャイロセンサの構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the gyro sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本実施形態のジャイロセンサの製造手順の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the manufacturing procedure of the gyro sensor of this embodiment. (a)(b)は本発明の水晶振動素子の構成を示した図である。(A) (b) is the figure which showed the structure of the quartz-crystal vibrating element of this invention. (a)はセンターコンソールに設置されたカーナビゲーション本体を示した図、(b)はカーナビゲーション本体に実装されているジャイロセンサを示した図である。(A) is the figure which showed the car navigation main body installed in the center console, (b) is the figure which showed the gyro sensor mounted in the car navigation main body.

符号の説明Explanation of symbols

10、20…ジャイロセンサ、2、2a、2b…金属球、3…銀ペースト(半田)、1
1…水晶振動素子、12…支持基板、13…脚部、14…内部パッド、15…半導体集積
回路、16…蓋体、17…セラミックパッケージ、18…実装電極、19…封止部材
10, 20 ... Gyro sensor, 2, 2a, 2b ... Metal balls, 3 ... Silver paste (solder), 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crystal oscillation element, 12 ... Support substrate, 13 ... Leg part, 14 ... Internal pad, 15 ... Semiconductor integrated circuit, 16 ... Cover body, 17 ... Ceramic package, 18 ... Mounting electrode, 19 ... Sealing member

Claims (4)

所定の検出軸方向の物理量の大きさを検出する検出素子と、
前記検出素子を支持する支持基板と、
前記支持基板を収納するパッケージ用基板と、
前記支持基板と前記パッケージ用基板の内底面との間に配置され、前記支持基板に支持
された前記検出素子の検出軸を検出すべき正規方向から所定角度傾斜させる傾斜部材と、
を備えたことを特徴とする慣性センサ。
A detection element for detecting the magnitude of a physical quantity in a predetermined detection axis direction;
A support substrate for supporting the detection element;
A package substrate for storing the support substrate;
An inclined member that is arranged between the support substrate and the inner bottom surface of the package substrate and inclines a detection axis of the detection element supported by the support substrate by a predetermined angle from a normal direction to be detected;
An inertial sensor comprising:
前記傾斜部材は金属球であることを特徴とする請求項1に記載の慣性センサ。   The inertial sensor according to claim 1, wherein the inclined member is a metal sphere. 前記傾斜部材として径の異なる2種類の金属球を用いて前記検出軸を前記正規方向から
所定角度傾斜させることを特徴とする請求項1に記載の慣性センサ。
2. The inertial sensor according to claim 1, wherein two types of metal spheres having different diameters are used as the inclined member, and the detection axis is inclined at a predetermined angle from the normal direction.
請求項1乃至3の何れか一項に記載の慣性センサの製造方法であって、
前記パッケージ用基板の内部底面に半導体集積回路を実装する工程と、
前記パッケージ用基板に形成した内部パッドに前記傾斜部材を実装する工程と、
前記傾斜部材を含む前記内部パッド上に前記支持基板を実装する工程と、
前記パッケージ用基板の前記支持基板を含む空間を真空封止する工程と、
を含むことを特徴とする慣性センサの製造方法。
A method for manufacturing an inertial sensor according to any one of claims 1 to 3,
Mounting a semiconductor integrated circuit on the inner bottom surface of the package substrate;
Mounting the inclined member on an internal pad formed on the package substrate;
Mounting the support substrate on the internal pad including the inclined member;
Vacuum-sealing a space including the support substrate of the package substrate;
The manufacturing method of the inertial sensor characterized by including.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010190849A (en) * 2009-02-20 2010-09-02 Panasonic Electric Works Co Ltd Semiconductor physical quantity sensor
JP2010266320A (en) * 2009-05-14 2010-11-25 Panasonic Corp Angular velocity sensor device and manufacturing method thereof
CN104142150B (en) * 2014-08-08 2017-08-29 北京航天自动控制研究所 The miniature laser gyroscopic inertia measurement apparatus of integration

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