(57)【要約】【課題】本発明では、物理量センサにおいて、外部から伝達させる外乱振動を減衰させる構造とすることで物理量の誤差検出を防ぎ、高精度検出が可能な耐振動性向上実装構造を提供することを目的とする。【解決手段】物理量センサを設置した筐体の下に内部に空間を備え、かつ、オリフィスや未接着部を備えた低剛性材料の筐体支持体を設置し、かつ、電気信号を基板に伝達する手段も低剛性構造であること、を特徴とすることにより、耐振動性に優れた実装構造とした。本発明によれば、物理量センサにおいて、外部からの外乱振動を防ぎ、物理量の高精度検出を可能とする。【選択図】  図１
2011038908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体で形成された振動体を用いて角速度を検出する検出部と、
前記検出部からの信号を処理する処理回路と、
前記検出部と前記処理回路とを収容するケースと、
前記ケースを回路基板に機械的に固定するための固定リードと、
前記処理回路と前記回路基板とを電気的に接続するための接続リードと、
前記ケースと前記回路基板との間に設けられた弾性体とを備え、
前記振動体の振動方向と前記回路基板とが略平行であることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記固定リードを複数本備え、
前記固定リードの間に、前記接続リードが配設されたことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記弾性体は、内部に形成された空間部と、前記空間部と外部とを繋ぐオリフィスとを有することを特徴とする角速度検出装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記弾性体の内部には液体が封止されたことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記弾性体のバネ定数が１５３００以下であることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記固定リード及び前記接続リードの片端は前記ケースと一体化され、他端が前記回路基板にハンダにより接合され、
前記ケースと前記弾性体との間、および、前記弾性体と前記回路基板との間が接着材によりそれぞれ接着されたことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記弾性体は、前記ケースの底面と前記回路基板との間に設けられ、
前記固定リード及び前記接続リードは前記ケースの側面から外方向に延び、前記回路基板の前記底面に対向する部分以外の所で前記回路基板に接続されたことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記弾性体は樹脂系ゴムにより形成されたことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記固定リードを介して、前記処理回路と前記回路基板とが電気的に接続されたことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項１０】
車両運動制御装置であって、
請求項１〜９いずれか記載の前記処理回路からの信号にもとづいて、車両の駆動力および／または制動力を制御するための制御手段を備えたことを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記回路基板に前記制御手段が配設されたことを特徴とする車両運動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度を検出する角速度検出装置及び車両運動制御装置に関し、特にはセンサを内包したケースの回路基板への実装に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物理量センサは、各種物理量を電気信号に変換・検出するセンサである。例えば、圧力センサ，加速度センサ，角速度センサのように、様々な物理量を検出するセンサが開発されている。
【０００３】
このうち、角速度センサにおいても、振動型，回転型，ガス型，光学型のセンサが開発されている。特に近年では、量産性の向上や小型化を目的に、シリコンの微細加工技術を用いた振動型，回転型角速度センサが開発されている。
【０００４】
振動型角速度センサは振動体を所定の共振周波数で振動させておき、外部からの角速度印加に伴う振動体の変位を、電気信号として検出するセンサである。振動体の共振周波数は１０ｋＨｚ以上の高周波であることが多い。
【０００５】
振動型角速度センサにおいて、振動体の変位は機械的Ｑ値に大きく依存する。機械的Ｑ値は、センサ部が含まれる封止部に存在する気体分子の粘性抵抗、すなわちダンピング効果に依存する。そのため、振動体を大きく変位させ、検出感度を向上させるには、封止部が高真空であることが望ましい。しかし、封止部の圧力が高真空になると、振動体の変位が過度に大きくなる。
【０００６】
この結果、検出すべき角速度のみではなく、外部から印加される外乱振動にも過敏に反応してしまう。特に、振動体の共振周波数と一致する外乱振動は大きな誤差要因となる。
【０００７】
したがって、振動型角速度センサでは、検出感度を維持すると同時に、外乱振動源からセンサまでの間において外乱振動を伝達させないようにすることが重要である。特に、車載用に用いるセンサでは、センサの搭載スペースの関係より、エンジンルームなどの過酷環境への搭載が進んでおり、耐振動性向上の必要性が高まっている。
【０００８】
以上の理由により、外乱振動の印加に伴うセンサ誤作動を防止するため、外乱振動源からセンサまでの間で外乱振動を減衰させる、または、伝達させないような耐振動性向上構造が必要である。
【０００９】
物理量センサの耐振動性向上が可能な実装方法として大きく分けて、支持壁などを設けてセンサを強固に挟み込むことにより振動を押さえ込む振動伝達抑制方法や、リード構造の工夫やダンパーの挿入により高周波の振動を減衰させる振動減衰方法がある。例えば、特許文献１において開示されているように支持壁を用いることにより、外部からの外乱振動による電子部品の挙動を抑えるのみでなく、支持壁を電子部品が収納可能な凹構造とし、リード線の差込口を設けることで生産性の向上も見込まれる。また、角速度センサの外側に設けた充填シリコン樹脂をダンパーとして利用する構造は、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１３０７７４号公報
【特許文献２】実開平６−４３５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述した特許文献１のような実装構造の場合、前述したように振動型角速度センサにおいては、振動体の変位に大きく依存する機械的Ｑ値が大きいため、振動体の共振周波数付近の周波数での外乱を抑制することは困難であった。また、特許文献２のようにセンサのケースの外側にもう一層ケースを設けて高周波を除去するダンパーを形成することは、省スペース化に不向きであった。
【００１２】
本発明の目的は、外部からの外乱振動を防ぎ、誤差の少ない高精度検出を可能とする角速度検出装置及び車両運動制御装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、半導体で形成された振動体を用いて角速度を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理する処理回路と、前記検出部と前記処理回路とを収容するケースと、前記ケースを回路基板に機械的に固定するための固定リードと、前記処理回路と前記回路基板とを電気的に接続するための接続リードと、前記ケースと前記回路基板との間に設けられた弾性体とを備え、前記振動体の振動方向と前記回路基板とが略平行であることを特徴とする角速度検出装置によって達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、角速度検出装置及び車両運動制御装置において、外部からの外乱振動を防ぎ、誤差の少ない高精度検出を可能とする。
【００１５】
例えばエンジンルーム内で使用されるような過酷な環境条件下で使用される角速度検出装置及び車両運動制御装置であったとしても、空隙を設けた筐体支持構造を用いることにより耐振動性に優れた物理量検出装置を提供でき、しかも筐体支持構造と回路基板の接着面を広く設けることにより接着耐久性を高め、リードやフレキシブル基板などの電気信号伝達手段の接着部損傷に伴う導通不良等の問題を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例である耐振動性向上実装構造断面図。
【図２】本発明の第１の実施例であるセンサ素子の投影図。
【図３】本発明の第１の実施例であるセンサ素子の平面図。
【図４】図１中のＡ−Ａ′断面における概略断面図。
【図５】本発明の第１の実施例である耐振動性向上実装構造の概観図。
【図６】本発明の第２の実施例である耐振動性向上実装構造断面図。
【図７】本発明の第３の実施例である耐振動性向上実装構造断面図。
【図８】本発明の第４の実施例である耐振動性向上実装構造断面図。
【図９】本発明の第５の実施例である耐振動性向上実装構造断面図。
【図１０】周波数応答倍率のバネ定数依存性を示すグラフ。
【図１１】周波数応答倍率の空隙寸法依存性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。本発明の対象は物理量センサであり、以下の実施例では振動型角速度センサを例にして記述する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１の振動型角速度センサの耐振動性向上実装構造の断面図である。図２は、振動型角速度センサの投影図であり、図３はセンサ素子の平面図である。図４は図２中のＡ−Ａ′断面における概略断面図である。図５は耐振動性向上実装構造の概観図である。
【００１９】
本実施例における加速度検出部である振動型角速度センサは、活性層基板１１と支持基板１２の間に絶縁層１３を挟んだ状態の貼りあわせ基板を使用した。
【００２０】
本振動型角速度センサの振動体１４ａ，１４ｂは、アンカー１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ以外の領域が支持基板１２から絶縁層１３の厚さの量だけ浮いた構造となっている。その端部は４本の梁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄにより、面内方向に振動可能な状態で支持されており、加えられた角速度によって振動する構造となっている。梁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの端はアンカー１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄによって絶縁層１３を間に挟んだ状態で、支持基板１２に固定されている。なお、上記梁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、ばね機構の役割を持つ。例えば、振動体１４ａ，１４ｂが面内方向の角速度を受けた場合に、振動体１４ａ，１４ｂに発生する慣性力により、振動体１４ａ，１４ｂが変位するが、角速度印加終了とともに梁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄのばね力により元の位置に復元する。振動体１４ａ，１４ｂは、振動方向と直交した方向に可動電極１７ａ〜１７ｈを備えている。可動電極１７ａ〜１７ｈは振動体１４ａ，１４ｂと連動して振動する。また、二つの振動体１４ａ，１４ｂは互いにメカニカルリンク１８ａ，１８ｂにより連結されている。振動体１４ａ，１４ｂ間では、メカニカルリンク１８ａ，１８ｂを通じ、双方の振動エネルギーの授受が行われる。
【００２１】
支持基板１２とアンカー１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは絶縁層１３を間に挟むことによって絶縁されている。振動体１４ａ，１４ｂには、絶縁層１３を犠牲層エッチングする際に使用する、トレンチの貫通孔１９が複数備わっている。これは、振動体１４ａ，１４ｂを支持基板１２より浮かし、面内振動可能な状態とさせるために必要である。また、犠牲層エッチングを容易に進行させるために必要である。この場合、振動体１４ａ，１４ｂが支持基板１２より剥離しないように、アンカー１６ａ〜１６ｄの形状はできるだけ大きくすることがよい。ここでは、貫通孔１９の形状は正方形とした。
【００２２】
振動体１４ａ，１４ｂと支持基板１２とを固定している梁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの端にあるアンカー１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄには信号検出用の貫通配線２０ａ〜２０ｈが形成されている。
【００２３】
支持基板１２上には絶縁層１３を間に挟んだ状態で固定電極２１ａ〜２１ｈが設けられている。固定電極２１ａ〜２１ｈは、可動電極１７ａ〜１７ｈと対向するように位置する。加速度、または、角速度が振動体１４ａ，１４ｂに印加された時、可動電極１７ａ〜１７ｈと固定電極２１ａ〜２１ｈとの間に発生する静電容量の変化がここで検出される機構である。
【００２４】
本振動型角速度センサにｚ軸周りの角速度が印加されると、二つの振動体１４ａ，１４ｂは逆相モードで変位し、コリオリ力によりｙ軸方向に互いに逆方向に変位する。
【００２５】
センサ部６は振動体１４ａ，１４ｂと、梁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、可動電極１７ａ〜１７ｈと、メカニカルリンク１８と、貫通孔１９と、貫通配線２０ａ〜２０ｈと、固定電極２１ａ〜２１ｈから構成される。このセンサ部６を覆うように、第１の蓋２２を被せた構造とすることで、第１の封止部１と第２の封止部２との気体分子の移動を制限している。ここでは、第１の蓋２２にホウケイ酸ガラスを用いた。ホウケイ酸ガラスはシリコンとの陽極接合を可能とするガラスである。第１の蓋２２と活性層基板１１に形成された封止用枠２５は陽極接合を用いて接合されている。
【００２６】
一方、陽極接合する際の電圧印加で発生する静電引力により、振動体１４ａ，１４ｂが第１の蓋２２に固着する問題がある。この問題回避のため、固着しない深さを備えた段差２４が形成されている。段差２４の底面にはガス吸着剤２３が備わっている。封止用枠２５と第１の蓋２２の接合時に発生する気体分子（アウトガス）や水分、さらに、接合前から第１の封止部１の内部に存在する気体分子はガス吸着剤２３により吸着される。ガス吸着剤２３は、外部からの気体分子、および、水分の流入を長期にわたり低減することを可能とし、第１の封止部１の内部圧力維持を補助している。ガス吸着剤２３としては、ジルコニア系のものが適しており、少なくとも水分，酸素，水素，二酸化炭素，窒素などの一部または全部を吸着する特性を有する。
【００２７】
貫通配線２０ａ〜２０ｈの材料にメッキ膜を用いた場合、メッキ膜による充填不良や、支持基板１２との線膨張係数の差による剥離のため、第２の封止部２から気体分子や水分が第１の封止部１に流入することが懸念される。そこで貫通配線２０ａ〜２０ｈには、支持基板１２や活性層基板１１と線膨張係数の合った低抵抗ポリシリコンを用いる。これにより、本実施例の貫通配線２０ａ〜２０ｈは、熱衝撃が加わったとしても、貫通配線２０ａ〜２０ｈの割れや剥離が発生しない構造となっている。
【００２８】
第２の蓋２７は第２の封止部２を覆われた構造である。この構造により、第２の封止部２と外部環境３とのゴミや水分の移動を制限している。
【００２９】
第２の蓋２７の材質は金属やセラミックス，樹脂である。第２の蓋２７の内には先述した振動型角速度センサ２８や半導体集積回路２９が納められている。
【００３０】
振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９とは別体に構成されている。この場合、振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９とは積層実装され、小型化，搭載性を向上させている。振動型角速度センサ２８からの信号は半導体集積回路２９によって処理される。
【００３１】
振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９は電気的に接続されている。すなわち、金やアルミニウムのワイヤー３０を介し、それをワイヤーボンディングすることにより電気的に接続している。ワイヤー３０は、支持基板１２に形成されている電極と半導体集積回路２９の電極とを結線している。配線基板３１と半導体集積回路２９，半導体集積回路２９と振動型角速度センサ２８は接着材３２で接着されている。接着材３２は、低ヤング率のシリコン系接着材である。これは、半導体集積回路２９と配線基板３１の線膨張係数差を緩和する材料である。配線基板３１にはセラミックス配線基板が用いられる。
【００３２】
第２の蓋２７は配線基板３１とシーム溶接、あるいは、はんだで接合され、ケースを形成し、第２の封止部２に外部よりゴミや水分が流入することを防ぎ、ワイヤー３０同士での電気的リークが発生することを防いでいる。
【００３３】
また、配線基板３１の周囲には、配線基板３１と回路基板３８とを電気的に接続するためにリードであるリードフレーム３３が設けられている。このリードフレーム３３は４２アロイなどの通常のリードフレーム材料よりなる。このリードフレーム３３は長く加工されており、かつ、折り曲げている。すなわち、リードフレーム３３は低剛性であり、低カットオフ周波数を実現する構造となっている。
【００３４】
図５に示すようにリードフレーム３３の内、配線基板３１の中央には電気的に接続するための電気配線リード３３ａ〜３３ｄを集中的に配置しており、配線基板３１の端部には中央に配置したリードより太いダミーリード３３ｅ〜３３ｆを配置されている。これは、検出対象である角速度や外乱が入力された場合に、リードフレーム３３と回路基板３８の接着部分、特に、中央部に配置された電気的に接続する電気配線リード３３ａ〜３３ｄと回路基板３８の接着部分に応力集中を防ぐことを目的としており、外乱などにより配線基板３１が動いたときに最大変位箇所である端部に太く高剛性なダミーリード３３ｅ〜３３ｆに応力を集中させ、中央部分の電気接続用リードに応力をかからない構成となっている。
【００３５】
配線基板３１と回路基板３８の間には弾性体である筐体支持構造３５を備えており、配線基板３１と回路基板３８の双方に接着しており、リードフレーム３３のみで配線基板３１を支持することを防いでいる。筐体支持構造３５は少なくとも中央部分の電気接続用リードと同等かそれ以上の剛性を有している。これにより、リードフレーム３３ａ〜３３ｄの接着部損傷に伴う導通不良等の問題を未然に防ぐ構造となっている。
【００３６】
リードフレーム３３の片端は配線基板３１に固定され、ケースの外側へ伸び、筐体支持構造３５の無いところで、回路基板３８にハンダにより接合される。
【００３７】
筐体支持構造３５は低剛性材料であり、かつ、内部減衰の大きなゴム弾性体を用いた。ゴム弾性体の材料としては、例えば、シリコーンゴム，アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ），クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）等があげられる。
【００３８】
筐体支持構造３５は内部に空間３６を有しており、外部環境３と空間３６とを繋ぐようにオリフィス３７が備わっている。空間３６は外乱振動による配線基板３１の移動に伴い、形状，サイズが変化する。この場合、空間３６に存在した気体はオリフィス３７を通過し外部環境３へ移動する。これにより、空間３６に入っている流体の運動エネルギーが、オリフィス３７の出口等で熱エネルギーに変換され、ダンパーとしての機能を果たし高周波振動の除去を可能とする。
【００３９】
ここでは振動型角速度センサは、その振動体１４ａ，１４ｂが、回路基板３８と略平行に振動するように配置されている。振動型角速度センサは半導体ウエハを切断することによって個体のチップとなる。製造上、振動体はウエハの面に平行に振動するように形成される。上記のように配置することにより低背化が可能となる。平行の程度は、±１５度程度以内であれば良いが、望ましくは±５度以内が良い。
【００４０】
更に、上記センサの半導体集積回路２９によって処理された信号にもとづいて、自動車などの車両のエンジンやブレーキなどの駆動力および／または制動力を制御するための制御手段を備えることにより、低背な車両の運動制御装置が実現できる。尚、その制御手段は回路基板３８に形成されていても良いし、別体でもよい。
【実施例２】
【００４１】
実施例２は、第１の実施例と同様の振動型角速度センサ２８や半導体集積回路２９を用いており、第２の蓋２７の内に納められている。振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９とは積層実装され、小型化，搭載性を向上させている。図６は、実施例２の耐振動性向上実装構造の断面図である。
【００４２】
振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９は電気的に接続されている。すなわち、金やアルミニウムのワイヤー３０を介し、それをワイヤーボンディングすることにより電気的に接続している。ワイヤー３０は、支持基板１２に形成されている電極と半導体集積回路２９の電極とを結線している。配線基板３１と半導体集積回路２９，半導体集積回路２９と振動型角速度センサ２８は接着材３２で接着されている。接着材３２は、低ヤング率のシリコン系接着材である。これは、半導体集積回路２９と配線基板３１の線膨張係数差を緩和する材料である。配線基板３１にはセラミックス配線基板が用いられる。
【００４３】
第２の蓋２７は配線基板３１とシーム溶接、あるいは、はんだで接合され、第２の封止部２に外部よりゴミや水分が流入することを防ぎ、ワイヤー３０同士での電気的リークが発生することを防いでいる。
【００４４】
また、配線基板３１の周囲には、配線基板３１と回路基板３８とを電気的に接続するためにフレキシブル基板３９が設けられている。フレキシブル基板３９の基板部分には薄いフィルムであるポリイミド樹脂が用いられており、配線部分は銅が用いられている。フレキシブル基板３９と配線基板３１とははんだで接着されている。以上のような材料を用いることにより、このフレキシブル基板３９は通常のリードフレームに比べてはるかに低剛性である。
【００４５】
配線基板３１と回路基板３８の間には筐体支持構造３５を備えており、配線基板３１と回路基板３８の双方に接着されている。これにより、フレキシブル基板３９のみで配線基板３１を支持することを防いでいる。筐体支持構造３５は少なくともフレキシブル基板３９と同等かそれ以上の剛性を有している。これにより、フレキシブル基板３９の接着部損傷に伴う導通不良等の問題を未然に防ぐ構造となっている。
【００４６】
筐体支持構造３５は低剛性材料であり、かつ、内部減衰の大きなゴム弾性体を用いた。ゴム弾性体の材料としては、例えば、シリコーンゴム，アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ），クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）等があげられる。
【００４７】
筐体支持構造３５は内部に空間３６を有しており、外部環境３と空間３６とを繋ぐようにオリフィス３７が備わっている。空間３６は外乱振動による配線基板３１の移動に伴い、形状，サイズが変化する。この場合、空間３６に存在した気体はオリフィス３７を通過し外部環境３へ移動する。これにより、空間３６に入っている流体の運動エネルギーが、オリフィス３７の出口等で熱エネルギーに変換され、ダンパーとしての機能を果たし高周波振動の除去を可能とする。
【実施例３】
【００４８】
実施例３は、第１の実施例と同様の振動型角速度センサ２８や半導体集積回路２９を用いており、第２の蓋２７の内に納められている。振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９とは積層実装され、小型化，搭載性を向上させている。図７は、実施例３の耐振動性向上実装構造の断面図である。
【００４９】
振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９は電気的に接続されている。すなわち、金やアルミニウムのワイヤー３０を介し、それをワイヤーボンディングすることにより電気的に接続している。ワイヤー３０は、支持基板１２に形成されている電極と半導体集積回路２９の電極とを結線している。配線基板３１と半導体集積回路２９，半導体集積回路２９と振動型角速度センサ２８は接着材３２で接着されている。接着材３２は、低ヤング率のシリコン系接着材である。これは、半導体集積回路２９と配線基板３１の線膨張係数差を緩和する材料である。配線基板３１にはセラミックス配線基板が用いられる。
【００５０】
第２の蓋２７は配線基板３１とシーム溶接、あるいは、はんだで接合され、第２の封止部２に外部よりゴミや水分が流入することを防ぎ、ワイヤー３０同士での電気的リークが発生することを防いでいる。
【００５１】
また、配線基板３１の周囲には、配線基板３１と回路基板３８とを電気的に接続するためにフレキシブル基板３９が設けられている。フレキシブル基板３９の基板部分は薄いフィルムであるポリイミド樹脂が用いられており、配線部分は銅が用いられている。フレキシブル基板３９と配線基板３１とははんだで接着されている。以上のような材料を用いることにより、このフレキシブル基板３９は通常のリードフレームに比べてはるかに低剛性である。
【００５２】
配線基板３１と回路基板３８の間には筐体支持構造３５を備えており、配線基板３１と回路基板３８の双方に接着しており、フレキシブル基板３９のみで配線基板３１を支持することを防いでいる。筐体支持構造３５は少なくともフレキシブル基板３９と同等かそれ以上の剛性を有している。これにより、フレキシブル基板３９の接着部損傷に伴う導通不良等の問題を未然に防ぐ構造となっている。
【００５３】
筐体支持構造３５は低剛性材料であり、かつ、内部減衰の大きなゴム弾性体を用いた。ゴム弾性体の材料としては、例えば、シリコーンゴム，アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ），クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）等があげられる。
【００５４】
配線基板３１や第２の蓋２７は筐体支持構造３５に覆われるように取り付けられており、フレキシブル基板３９は筐体支持構造３５に埋まっている。フレキシブル基板３９を埋め込み型にし、フレキシブル基板３９を回路基板３８に先に接着させておくことにより、配線基板３１や第２の蓋２７を容易にはめ込むことが可能である。これは、生産性が向上するのみではなく、フレキシブル基板３９のみでは困難であったセンサの位置決め精度向上や、角度補正などの効果を持つ。
【００５５】
筐体支持構造３５は内部に空間３６を有しており、外部環境３と空間３６とを繋ぐようにオリフィス３７が備わっている。空間３６は外乱振動による配線基板３１の移動に伴い、形状，サイズが変化する。この場合、空間３６に存在した気体はオリフィス３７を通過し外部環境３へ移動する。これにより、空間３６に入っている流体の運動エネルギーが、オリフィス３７の出口等で熱エネルギーに変換され、ダンパーとしての機能を果たし高周波振動の除去を可能とする。
【実施例４】
【００５６】
実施例４は、第１の実施例と同様の振動型角速度センサ２８や半導体集積回路２９を用いており、第２の蓋２７の内に納められている。振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９とは積層実装され、小型化，搭載性を向上させている。図８は、実施例４の耐振動性向上実装構造の断面図である。
【００５７】
振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９は電気的に接続されている。すなわち、金やアルミニウムのワイヤー３０を介し、それをワイヤーボンディングすることにより電気的に接続している。ワイヤー３０は、支持基板１２に形成されている電極と半導体集積回路２９の電極とを結線している。配線基板３１と半導体集積回路２９，半導体集積回路２９と振動型角速度センサ２８は接着材３２で接着されている。接着材３２は、低ヤング率のシリコン系接着材である。これは、半導体集積回路２９と配線基板３１の線膨張係数差を緩和する材料である。配線基板３１にはセラミックス配線基板が用いられる。
【００５８】
第２の蓋２７は配線基板３１とシーム溶接、あるいは、はんだで接合され、第２の封止部２に外部よりゴミや水分が流入することを防ぎ、ワイヤー３０同士での電気的リークが発生することを防いでいる。
【００５９】
また、配線基板３１の周囲には、配線基板３１と外部とを電気的に接続するためにフレキシブル基板３９が設けられている。フレキシブル基板３９の基板部分は薄いフィルムであるポリイミド樹脂が用いられており、配線部分は銅が用いられている。フレキシブル基板３９と配線基板３１とははんだで接着されている。以上のような材料を用いることにより、このフレキシブル基板３９は通常のリードフレームに比べてはるかに低剛性である。
【００６０】
配線基板３１と回路基板３８の間には筐体支持構造３５を備えており、配線基板３１と回路基板３８の双方に接着しており、フレキシブル基板３９のみで配線基板３１を支持することを防いでいる。筐体支持構造３５は少なくともフレキシブル基板３９と同等かそれ以上の剛性を有している。これにより、フレキシブル基板３９の接着部損傷に伴う導通不良等の問題を未然に防ぐ構造となっている。
【００６１】
筐体支持構造３５は低剛性材料であり、かつ、内部減衰の大きなゴム弾性体を用いた。ゴム弾性体の材料としては、例えば、シリコーンゴム，アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ），クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）等があげられる。
【００６２】
配線基板３１や第２の蓋２７は筐体支持構造３５に覆われるように取り付けられており、フレキシブル基板３９は筐体支持構造３５に埋まっている。フレキシブル基板３９を埋め込み型にし、フレキシブル基板３９を回路基板３８に先に接着させておくことにより、配線基板３１や第２の蓋２７を容易にはめ込むことが可能である。これは、生産性が向上するのみではなく、フレキシブル基板３９のみでは困難であったセンサの位置決め精度向上や、角度補正などの効果を持つ。
【００６３】
筐体支持構造３５は内部に空間３６を有しており、外部環境３と空間３６とを繋ぐようにオリフィス３７が備わっている。
【００６４】
空間３６は外乱振動による配線基板３１の移動に伴い、形状，サイズが変化する。この場合、空間３６に存在した気体はオリフィス３７を通過し外部環境３へ移動する。これにより、空間３６に入っている流体の運動エネルギーが、オリフィス３７の出口等で熱エネルギーに変換され、ダンパーとしての機能を果たし高周波振動の除去を可能とする。空間３６はオリフィス３７が備わった部分以外は全てゴム弾性体で覆われており、空間３６から流入出する気体はほぼ全てオリフィス３７を通過する。これにより、オリフィス３７の形状やサイズにより減衰効果の制御を可能とする。
【実施例５】
【００６５】
実施例５は、第１の実施例と同様の振動型角速度センサ２８や半導体集積回路２９を用いており、第２の蓋２７の内に納められている。振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９とは積層実装され、小型化，搭載性を向上させている。図９は、実施例５の耐振動性向上実装構造の断面図である。
【００６６】
振動型角速度センサ２８と半導体集積回路２９は電気的に接続されている。すなわち、金やアルミニウムのワイヤー３０を介し、それをワイヤーボンディングすることにより電気的に接続している。ワイヤー３０は、支持基板１２に形成されている電極と半導体集積回路２９の電極とを結線している。配線基板３１と半導体集積回路２９，半導体集積回路２９と振動型角速度センサ２８は接着材３２で接着されている。接着材３２は、低ヤング率のシリコン系接着材である。これは、半導体集積回路２９と配線基板３１の線膨張係数差を緩和する材料である。配線基板３１にはセラミックス配線基板が用いられる。
【００６７】
第２の蓋２７は配線基板３１とシーム溶接、あるいは、はんだで接合され、第２の封止部２に外部よりゴミや水分が流入することを防ぎ、ワイヤー３０同士での電気的リークが発生することを防いでいる。
【００６８】
また、配線基板３１の周囲には、配線基板３１と外部とを電気的に接続するためにフレキシブル基板３９が設けられている。フレキシブル基板３９の基板部分は薄いフィルムであるポリイミド樹脂が用いられており、配線部分は銅が用いられている。フレキシブル基板３９と配線基板３１とははんだで接着されている。以上のような材料を用いることにより、このフレキシブル基板３９は通常のリードフレームに比べてはるかに低剛性である。
【００６９】
配線基板３１と回路基板３８の間には筐体支持構造３５を備えており、配線基板３１と回路基板３８の双方に接着しており、フレキシブル基板３９のみで配線基板３１を支持することを防いでいる。
【００７０】
筐体支持構造３５は少なくともフレキシブル基板３９と同等かそれ以上の剛性を有している。これにより、フレキシブル基板３９の接着部損傷に伴う導通不良等の問題を未然に防ぐ構造となっている。
【００７１】
筐体支持構造３５は低剛性材料であり、かつ、内部減衰の大きなゴム弾性体を用いた。ゴム弾性体の材料としては、例えば、シリコーンゴム，アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ），クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）等があげられる。
【００７２】
配線基板３１や第２の蓋２７は筐体支持構造３５に覆われるように取り付けられており、フレキシブル基板３９は筐体支持構造３５に埋まっている。フレキシブル基板３９を埋め込み型にし、フレキシブル基板３９を回路基板３８に先に接着させておくことにより、配線基板３１や第２の蓋２７を容易にはめ込むことが可能である。これは、生産性が向上するのみではなく、フレキシブル基板３９のみでは困難であったセンサの位置決め精度向上や、角度補正などの効果を持つ。
【００７３】
筐体支持構造３５は内部に空間３６を有しており、外部環境３と空間３６とを繋ぐために、未接着部４０を備えている。未接着部４０は筐体支持構造３５と回路基板３８のもつ面粗さ分の空隙を備えており、オリフィス３７と同様の効果を得る。
【００７４】
空間３６は外乱振動による配線基板３１の移動に伴い、形状，サイズが変化する。この場合、空間３６に存在した気体は未接着部４０を通過し外部環境３へ移動する。これにより、空間３６に入っている流体の運動エネルギーが、未接着部４０の出口等で熱エネルギーに変換され、ダンパーとしての機能を果たし高周波振動の除去を可能とする。
【実施例６】
【００７５】
実施例６は、実施例１〜５で示した耐振動性向上実装構造を備えた振動型角速度センサであり、センサ素子の検出原理、その構造は実施例１〜５と同様である。
【００７６】
この構造において、筐体支持構造３５のバネ定数ｋを１５３００以下とすることによって、１０ｋＨｚ以上の高周波での外乱振動を１／１０以下にすることを可能とする。
【００７７】
前述の関係式ｋ≦１５３００は以下のように求められる。
【００７８】
空間３６に入っている流体の運動エネルギーが、オリフィス３７や未接着部４０の出口等で熱エネルギーに変換される場合の粘性減衰係数ｃは、以下の式で表せる。
【００７９】
ｃ＝８μＬＡ2／πＲ4
【００８０】
Ｌは筐体支持構造３５に備わったオリフィス３７や未接着部４０の長さ、Ｒはオリフィス３７や未接着部４０の断面を円とした場合の半径、Ａは空間３６の底面積、μは空間３６に存在する流体の粘性係数である。
【００８１】
上記数式よりわかるように、粘性減衰係数ｃを大きくするにはオリフィス３７の断面を小さくすることが有効である。
【００８２】
第２の蓋２７や配線基板３１に外から加振力が作用する時、系に存在する力は慣性力ｆｍ，復元力ｆｋ，粘性抵抗力ｆｃ，加振力ｆであり、これらはつりあっている。よって、以下の式で表せる。
ｆｍ＋ｆｋ＋ｆｃ＋ｆ＝０
−ｍｘ″−ｃｘ′−ｋｘ＋ｆ（ｔ）＝０
【００８３】
加振力（調和加振力）ｆ（ｔ）＝Ｆｅjωtを代入すると以下の式で表せる。
ｍｘ″＋ｃｘ′＋ｋｘ＝Ｆｅjωt                                    …（１）
【００８４】
上記運動方程式の一般解は、右辺を０とした解であり、現象としては減衰自由振動となる。一方、特解はｘ（ｔ）＝Ｘｅjωtと仮定でき、その微分を行うとｘ′＝ｊωＸｅjωt，ｘ″＝−ω2Ｘｅjωtとなる。
【００８５】
この解を（１）に代入すると
（−ω2ｍ＋ｊωｃ＋ｋ）Ｘｅjωt＝Ｆｅjωt
両辺をｋｅjωtで割れば以下の式となる。
（−ω2ｍ／ｋ＋ｊωｃ／ｋ＋１）Ｘ＝Ｆ／ｋ                         …（２）
【００８６】
ｍ／ｋは変形するとｍ／ｋ＝１／Ω2とおける。
【００８７】
Ωは不減衰固有振動数である。
【００８８】
またｃ／ｋは変形するとｃ／ｋ＝２ｃ×１／２√（ｍｋ）×√（ｍ／ｋ）とおくことができ
ｃ／ｋ＝２ｃ×１／ｃc×１／Ω＝２ζ／Ω
ｃcは臨界減衰係数、ζは減衰比である。
【００８９】
これらを（２）に代入すると以下の式で表せる。
（−ω2／Ω2＋２ｊζω／Ω＋１）Ｘ＝Ｆ／ｋ                        …（３）
【００９０】
静的たわみをＸst＝Ｆ／ｋとおき、ω／Ω＝βと仮定すれば（３）は以下のように変形できる。
Ｘ／Ｘst＝１／（１−β2＋２ｊζβ）                               …（４）
【００９１】
（４）を複素指数関数で表現すれば以下のように表せる。
周波数応答倍率｜Ｘ｜／Ｘst＝１／√（（１−β2）2＋（２ζβ）2），
位相tanφ＝−２ζβ／（１−β2）                        …（５）
【００９２】
図１０に、（５）に仮定としてｍ＝２×１０-3を代入し、バネ定数ｋをパラメータとしてとった場合の周波数応答倍率のグラフを示す。この式で用いた粘性減衰係数ｃは筐体支持構造３５の材料の内部減衰とオリフィス３７や未接着部４０での粘性減衰の合計である。
【００９３】
よって、図１０に示すように１０ｋＨｚ以上の高周波での外乱振動を１／１０以下にする場合は、バネ定数ｋは１５３００以下であることが必要である。
【００９４】
また、図１１にオリフィス３７や未接着部４０の形状をパラメータとしてとった場合の周波数応答倍率のグラフを示す。図１１に示すように、空間３６に入っているガスが空気の場合、粘性減衰係数のことを考慮し、Ｒは５μｍ以下が望ましい。
【符号の説明】
【００９５】
１  第１の封止部
２  第２の封止部
３  外部環境
６  センサ部
１１  活性層基板
１２  支持基板
１３  絶縁層
２０  貫通配線
２２  第１の蓋
２３  ガス吸着剤
２４  段差
２５  封止用枠
２７  第２の蓋
２８  振動型角速度センサ
２９  半導体集積回路
３０  ワイヤー
３１  配線基板
３２  接着材
３３  リードフレーム
３５  筐体支持構造
３６  空間
３７  オリフィス
３８  回路基板
３９  フレキシブル基板
４０  未接着部
【図１】
2011038908.tif 000003
【図２】
2011038908.tif 000004
【図３】
2011038908.tif 000005
【図４】
2011038908.tif 000006
【図５】
2011038908.tif 000007
【図６】
2011038908.tif 000008
【図７】
2011038908.tif 000009
【図８】
2011038908.tif 000010
【図９】
2011038908.tif 000011
【図１０】
2011038908.tif 000012
【図１１】
2011038908.tif 000013