(57)【要約】【課題】検出精度が高く、小型薄型で信頼性に優れた振動型ジャイロセンサを提供する。【解決手段】基台５に固着された水晶振動子１０と、この水晶振動子１０を制御する集積回路２０及びチップ部品３０と、水晶振動子１０と集積回路２０及びチップ部品３０とを収容するパッケージ２と、このパッケージ２に係合しパッケージ２内を気密封止するための蓋体８とを有し、パッケージ２は水晶振動子１０と集積回路２０を収容する第１凹部３と、チップ部品３０を収容する第２凹部４とを備え、第２凹部４はパッケージ２の厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部３と重なり、更に、パッケージ２の厚み方向に直交する方向から見て第１凹部３と重なる構成とした。これにより、小型薄型で検出精度が高い振動型ジャイロセンサを提供出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台に固着されたセンサ素子と、このセンサ素子を制御する集積回路及びチップ部品と、前記センサ素子と前記集積回路及び前記チップ部品とを収容するパッケージと、このパッケージに係合し前記パッケージ内を気密封止するための蓋体と、を有する物理量センサにおいて、
前記パッケージは、前記センサ素子を収容する第１凹部と、前記チップ部品を収容する第２凹部とを備え、
前記第２凹部は、前記パッケージの厚み方向から見て少なくとも一部が前記第１凹部と重なり、更に、前記パッケージの厚み方向に直交する方向から見て少なくとも一部が前記第１凹部と重なることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記第２凹部は、前記基台の一部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記第２凹部は、前記基台における前記センサ素子が固着される固着部の直下に形成されることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記パッケージは、前記集積回路を収容する第３凹部を形成し、この第３凹部は、前記パッケージの厚み方向から見て少なくとも一部が前記第１凹部と重なると共に、前記パッケージの厚み方向に直交する方向から見て前記第２凹部と重なることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記基台は、少なくとも一つの段差部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項６】
前記チップ部品は、抵抗またはコンデンサであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の物理量センサを用いて外部から印加された物理量を検出することを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項８】
基台に固着されたセンサ素子と、このセンサ素子を制御する集積回路及びチップ部品と、前記センサ素子と前記集積回路及び前記チップ部品とを収容するパッケージと、このパッケージに係合し前記パッケージ内を気密封止するための蓋体と、を有する物理量センサの製造方法において、
前記パッケージに前記センサ素子を収容する第１凹部と、前記集積回路及び前記チップ部品を収容し前記パッケージの厚み方向及び前記パッケージの厚み方向に直交する方向から見て前記第１凹部と重なる第２凹部とを形成するパッケージ製造工程と、
前記第１凹部に前記集積回路を固着し収容する集積回路固着工程と、
前記第１凹部に前記センサ素子を固着し収容するセンサ素子固着工程と、
前記第１凹部を前記蓋体によって気密封止する封止工程と、
前記封止工程の後に、前記第２凹部に前記チップ部品を固着し収容するチップ部品固着工程と、を有することを特徴とする物理量センサの製造方法。
【請求項９】
前記チップ部品固着工程において、前記集積回路からの情報を計測しこの情報に基づいて、前記チップ部品は選定されることを特徴とする請求項８に記載の物理量センサの製造方法。
【請求項１０】
前記チップ部品は抵抗またはコンデンサであり、選定された後に必要に応じてトリミン
グ調整されることを特徴とする請求項９に記載の物理量センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出精度に優れ小型薄型である物理量センサ及びその製造方法ならびに振動型ジャイロセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から水晶振動子を用いて物理量としての角速度を検出する振動型ジャイロセンサ（角速度センサ）は、カーナビゲーション・システムやロボットの姿勢制御、デジタルカメラの手振れ補正等を行うために使用されており、近年これらの製品が多品種に拡大するに従って、振動型ジャイロセンサの需要も急激に増加している。特に、デジタルカメラの手振れ補正などの用途では小型化の要求が高いために、小型薄型化を可能とする角速度センサが開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
以下、従来例としての特許文献１を図面によって説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、従来の角速度センサの断面図と上面図である。ここで、従来例としての角速度センサ５０は、パッケージ５１の凹部５２の中に水晶振動子５３と集積回路５４が収容されており、蓋体５５によって気密封止されている。水晶振動子５３は台座５６に固着され、水晶振動子５３と台座５６は一体化されて凹部５２の底面に固着される。
【０００４】
水晶振動子５３の複数の電極５３ａは、ワイヤ５７によってパッケージ５１側の複数の電極５８に接続され、電極５８は図示しない導電パターンを介して集積回路５４に接続される。これにより、水晶振動子５３と集積回路５４は電気的に接続され、集積回路５４は水晶振動子５３を駆動すると共に、水晶振動子５３からの検出信号を入力して角速度を検出し電気信号として出力する。この従来の角速度センサ５０は、一つの凹部５２の中に、水晶振動子５３と集積回路５４が収容されるので、小型の角速度センサが実現出来ることが示されている。
【０００５】
また、他の従来例として、水晶振動子と集積回路とを別々の収容部に収容したパッケージ構成の水晶発振器が開示されている（例えば特許文献２参照）。この他の従来例である特許文献２のパッケージ構造を図１０によって説明する。ここで、従来例としての発振器６０は、パッケージ６１に第１収容部６２と第２収容部６３を有している。そして、第１収容部６２には水晶振動子６４が収容され、また、第２収容部６３には集積回路６５とコンデンサ又は抵抗などのチップ部品６６が収容されている。
【０００６】
この特許文献２の従来例では、集積回路６５の実装の信頼性を高めるために用いられるアンダーフィルからガスが発生したとしても、水晶振動子６４は別の収容部に収容され隔離されているので、水晶振動子６４に悪影響を及ぼすことがないことが示されている。尚、この特許文献２のパッケージ構造は、水晶振動子による発振器として開示されているが、水晶振動子を用いた振動型ジャイロセンサとしても適応出来るものである。
【０００７】
また、更に他の従来例として、水晶振動子と集積回路をパッケージの第１収容部に収容し、ダイオードや抵抗、コンデンサなどのチップ部品をパッケージの第２収容部に収容する水晶振動子を用いた圧電デバイスが開示されている（例えば特許文献３参照）。この圧電デバイスは、集積回路がｐ型半導体の場合はパッケージを電源電圧電極とし、また、集積回路がｎ型半導体の場合はパッケージをグランド電極としている。そして、パッケージの第１収容部と第２収容部は一つの蓋体によって共通に封止されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２０８０３０号公報（第６頁、第１図）
【特許文献２】特開平１１−３０８０５２号公報（第３頁、第１図）
【特許文献３】特開２００６−３３９８９２号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の従来の角速度センサは、蓋体５５を取り付ける前に集積回路５４の増幅率等を調整し、その後、蓋体５５を取り付けると、蓋体５５は金属であるために水晶振動子５３や集積回路５４周辺の浮遊容量が変化し、水晶振動子５３の発振特性などが変化してしまう問題がある。また、蓋体５５を取り付けるときに蓋体５５を封止する封止部材から僅かにガスが発生する場合があり、このガスが気密封止後の水晶振動子５３に影響して発振特性が変化する問題がある。
【００１０】
このため、気密封止前に集積回路５４を調整しても、気密封止後に再調整する必要が生じるが、従来例のパッケージ形態では再調整する手段が無い。この結果、角速度の検出精度が低下し信頼性の低いセンサが製造されることになり、大きな課題がある。
【００１１】
また、他の従来例である特許文献２の発振器は、水晶振動子６４と集積回路６５及びチップ部品６６とを別々の収容部に収容する構成が開示されている。そして、第２収容部６３に収容される集積回路６５やチップ部品６６は耐候性向上のために熱硬化型の樹脂で封止する必要がある。
【００１２】
このとき、集積回路６５とチップ部品６６は同一の第２収容部６３に収容されているために、同時に封止されてしまう。したがって、封止による過熱や微妙な浮遊容量の変化によって集積回路６５などの特性が変化しても、特許文献１と同様に、封止後の再調整ができないという問題が生じる。また、第１収容部６２と第２収容部６３の二つの収容部が、厚み方向で重なるように形成されているので、パッケージの厚みが厚くなるという問題がある。
【００１３】
更に他の従来例である特許文献３の圧電デバイスは、水晶振動子及び集積回路とチップ部品とは別々の収容部に収容されているが、一つの蓋体によって共通に封止されるので、水晶振動子と集積回路を封止すると、チップ部品も同時に封止される。このため、封止による浮遊容量等の変化で水晶振動子や集積回路の特性が変化しても、封止後にチップ部品で調整することは出来ず、特許文献１と同様に、封止後の再調整が出来ないという問題が生じる。
【００１４】
また、この特許文献３の圧電デバイスのパッケージは、二つの収容部が平面的に並んで配置されているので、パッケージの面積を小さく出来ないという問題がある。よって、この圧電デバイスを水晶振動子による振動型ジャイロセンサに適応すると、水晶振動子や集積回路の再調整が出来ず、また、小型化も難しい。
【００１５】
本発明の目的は上記課題を解決し、検出精度に優れて信頼性が高い小型薄型の物理量センサ及びその製造方法ならびに振動型ジャイロセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の物理量センサ及びその製造方法ならびに振動型ジャイロセンサは、下記記載の構成と製造方法を採用する。
【００１７】
本発明の物理量センサは、基台に固着されたセンサ素子と、このセンサ素子を制御する集積回路及びチップ部品と、センサ素子と集積回路及びチップ部品とを収容するパッケージと、このパッケージに係合しパッケージ内を気密封止するための蓋体と、を有する物理量センサにおいて、パッケージは、センサ素子を収容する第１凹部と、チップ部品を収容
する第２凹部とを備え、第２凹部は、パッケージの厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部と重なり、更に、パッケージの厚み方向に直交する方向から見て少なくとも一部が第１凹部と重なることを特徴とする。
【００１８】
これにより、センサ素子は第１凹部に収容され、チップ部品は第２凹部に収容されるので、第１凹部の気密封止によってセンサ素子に特性変化が生じても、第２凹部のチップ部品を選定又は調整することで特性変化幅を縮小し、検出精度に優れた物理量センサを提供することが出来る。また、第２凹部はパッケージの厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部と重なり、更に、パッケージの厚み方向に直交する方向から見て少なくとも一部が第１凹部と重なるように形成されるので、パッケージのスペース効率に優れ、パッケージの全体サイズを小型薄型に出来る。
【００１９】
また、第２凹部は、基台の一部に形成されることを特徴とする。
【００２０】
これにより、センサ素子を固着するために必須である基台スペースを効率よく利用して第２凹部を形成するので、パッケージ内部のスペース効率が向上しパッケージの全体サイズを更に小型化出来る。
【００２１】
また、第２凹部は、基台におけるセンサ素子が固着される固着部の直下に形成されることを特徴とする。
【００２２】
これにより、センサ素子と第２凹部に収容されるチップ部品との電気的な配線を最短距離にすることが出来るので、寄生容量が最小限に抑えられ、その結果、安定した発振を継続出来る。
【００２３】
また、パッケージは、集積回路を収容する第３凹部を形成し、この第３凹部は、パッケージの厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部と重なると共に、パッケージの厚み方向に直交する方向から見て第２凹部と重なることを特徴とする。
【００２４】
これにより、センサ素子を第１凹部で気密封止し、集積回路を第３凹部で封止した後に、センサ素子及び集積回路に特性変化が生じても、第２凹部のチップ部品を選定又は調整することで特性変化幅を縮小し、検出精度に優れた物理量センサを提供することが出来る。また、第３凹部はパッケージの厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部と重なり、また、パッケージの厚み方向に直交する方向から見て第２凹部と重なるように形成されるので、パッケージのスペース効率に優れ、パッケージの全体サイズを小型薄型に出来る。
【００２５】
また、基台は、少なくとも一つの段差部を備えることを特徴とする。
【００２６】
これにより、段差部の裏面に第２凹部を設けることで、パッケージの全体サイズを小型化出来る。また、センサ素子を固着する基台の固着部が、センサ素子の振動部の領域まで延出することがないので、振動する振動部が基台の固着部に接触せず、安定した発振を維持出来る。
【００２７】
また、チップ部品は、抵抗またはコンデンサであることを特徴とする。
【００２８】
これにより、気密封止や樹脂封止によるセンサ素子及び集積回路の特性変化を抵抗、又はコンデンサによって調整出来るので、検出精度に優れた物理量センサを実現することが出来る。
【００２９】
また、物理量センサは外部から印加された物理量を検出する振動型ジャイロセンサであ
ることを特徴とする。
【００３０】
これにより、物理量として角速度を検出し、検出精度に優れ、小型薄型の高性能な振動型ジャイロセンサを実現することが出来る。
【００３１】
本発明の物理量センサの製造方法は、基台に固着されたセンサ素子と、このセンサ素子を制御する集積回路及びチップ部品と、センサ素子と集積回路及びチップ部品とを収容するパッケージと、このパッケージに係合しパッケージ内を気密封止するための蓋体と、を有する物理量センサの製造方法において、パッケージにセンサ素子を収容する第１凹部と、集積回路及びチップ部品を収容しパッケージの厚み方向及びパッケージの厚み方向に直交する方向から見て第１凹部と重なる第２凹部とを形成するパッケージ製造工程と、第１凹部に集積回路を固着し収容する集積回路固着工程と、第１凹部にセンサ素子を固着し収容するセンサ素子固着工程と、第１凹部を蓋体によって気密封止する封止工程と、封止工程の後に、第２凹部にチップ部品を固着し収容するチップ部品固着工程と、を有することを特徴とする。
【００３２】
これにより、センサ素子及び集積回路は第１凹部に収容され、チップ部品は第２凹部に収容されるので、第１凹部の気密封止後にセンサ素子及び集積回路に特性変化が生じても、第２凹部のチップ部品によって特性変化幅を縮小し、検出精度に優れた小型薄型の物理量センサを製造することが出来る。
【００３３】
また、チップ部品固着工程において、集積回路からの情報を計測しこの情報に基づいて、チップ部品は選定されることを特徴とする。
【００３４】
これにより、センサ素子及び集積回路を第１凹部に収容して気密封止した後に、センサ素子及び集積回路の動作状態を計測し、その計測情報に基づいて第２凹部に収容されるチップ部品を選定することで、気密封止後のセンサ素子及び集積回路の特性変化幅を縮小し、検出精度に優れた物理量センサを製造することが出来る。
【００３５】
また、チップ部品は抵抗またはコンデンサであり、選定された後に必要に応じてトリミング調整されることを特徴とする。
【００３６】
これにより、チップ部品としての抵抗、又はコンデンサをトリミング調整することでセンサ素子及び集積回路の特性変化をきめ細かく調整でき、検出精度に優れた物理量センサを製造することが出来る。
【発明の効果】
【００３７】
上記の如く本発明によれば、センサ素子は第１凹部に収容され、チップ部品は第２凹部に収容されるので、第１凹部の気密封止後にセンサ素子に特性変化が生じても、第２凹部のチップ部品によって特性変化幅を縮小し、検出精度に優れた物理量センサや振動型ジャイロセンサを提供することが出来る。
【００３８】
また、第２凹部はパッケージの厚み方向に直交する方向から見て、第１凹部と重なるように形成されるので、パッケージの全体サイズを小型薄型に出来る。
【００３９】
また、本発明の製造方法によれば、検出精度に優れた小型薄型の物理量センサを製造することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図１（ａ）は本発明の第１の実施形態
の振動型ジャイロセンサの上面図である。図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの断面図である。図２は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの下面図である。図３（ａ）は本発明の振動型ジャイロセンサに収容される水晶振動子の正面図である。図３（ｂ）は本発明の振動型ジャイロセンサに収容される水晶振動子の電極構造を模式的に示す断面図である。図４は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの回路ブロック図である。
【００４１】
図５（ａ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサのパッケージ製造工程を示す説明図である。図５（ｂ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの集積回路固着工程を示す説明図である。図５（ｃ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの水晶振動子固着工程を示す説明図である。図６（ａ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの蓋体による封止工程を示す説明図である。図６（ｂ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサのチップ部品固着工程を示す説明図である。
【００４２】
図７（ａ）は本発明の第２の実施形態の振動型ジャイロセンサの上面図である。図７（ｂ）は本発明の第２の実施形態の振動型ジャイロセンサの断面図である。図８は本発明の第２の実施形態の振動型ジャイロセンサの下面図である。
【００４３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明する。尚、図１（ｂ）は図１（ａ）で示す切断線Ａ−Ａによる断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）において、１は本発明の第１の実施形態の物理量センサとしての角速度を検出する振動型ジャイロセンサである。２はセラミック材などによって形成される略直方体形状のパッケージであり、第１凹部３、及び、第２凹部４を有している。
【００４４】
第１凹部３は、パッケージ２の上面の内部に外周付近まで大きく形成され、第２凹部４は、パッケージ２の裏面２ａに比較的小さなスペースで形成される。ここで、第２凹部４はパッケージ２の厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部３と重なり、また更に、第２凹部４はパッケージ２の厚み方向に直交する方向から見て（すなわち、図１（ｂ）において図面の右側、又は左側から見て）少なくともその一部が第１凹部３と重なるように形成されている。これにより、パッケージ２内部のスペース効率が向上し、パッケージ２の厚みが薄くなり小型薄型の振動型ジャイロセンサを実現出来る。
【００４５】
５は第１凹部３の内部に形成される基台であり、パッケージ２の一部として形成され、パッケージ２と一体である。この基台５は少なくとも一つの段差部５ａを備えており、この段差部５ａの裏面に基台５の一部として第２凹部４が形成される。これにより、基台５のスペースを効率よく利用出来るので、パッケージ２の全体サイズを小型化出来る。また、段差部５ａによって後述するセンサ素子を固着する基台５の固着部５ｂが、センサ素子の振動部の領域まで延出することがないので、振動する振動部が基台５の固着部５ｂに接触することが無く、センサ素子の発振を安定させることが出来る。
【００４６】
６ａは第１凹部３の底面３ａにパターン形成される複数のセンサ電極であり、後述するセンサ素子と電気的に接続される。６ｂは第１凹部３の底面３ａにパターン形成される複数のＩＣ電極であり、後述する集積回路と電気的に接続される。８はコバールなどの金属によって成る蓋体であり、パッケージ２に係合し金スズ（図示せず）などによってパッケージ２に固着され、第１凹部３を気密封止する。尚、図１（ａ）では、説明の都合上、蓋体８の図示は省略している。
【００４７】
１０はセンサ素子としての水晶振動子であり、基台５の固着部５ｂに固着され、第１凹部３の内部に収容される。この水晶振動子１０は、複数のワイヤ７によってセンサ電極６
ａと電気的に接続される。尚、水晶振動子１０の詳細は、後述する。
【００４８】
２０は水晶振動子１０を制御する集積回路であり、第１凹部３の底面３ａが更に１段低くなった集積回路固着部３ｂに固着され収容される。この集積回路２０は、複数のワイヤ７によるワイヤボンディングによってＩＣ電極６ｂと電気的に接続される。ここで、集積回路２０が第１凹部３の底面３ａより１段低くなった集積回路固着部３ｂに固着されるので、集積回路２０の上側に配置される水晶振動子１０とは接触することがなく、第１凹部３のスペースを有効に利用することが出来る。尚、集積回路２０の詳細は後述する。
【００４９】
また、３０は一つ以上のチップ部品であり、第２凹部４の底面に固着され収容される。尚、チップ品３０は、抵抗、又は、コンデンサなどによって構成されている。
【００５０】
次に図２に基づいて、振動型ジャイロセンサ１の下面側の構造を説明する。図２において、第２凹部４は、前述した如く、パッケージ２の裏面２ａ側に形成されており、２個のチップ部品３０が収容されている。尚、第２凹部４に収容されるチップ部品３０の数は限定されず、回路構成により、例えば１個、または３個以上でも良い。
【００５１】
また、第２凹部４は、基台５の固着部５ｂの直下に形成されるので、裏面２ａの長手方向の一方の隅付近に配置される。これにより、水晶振動子１０と第２凹部４に収容されるチップ部品３０との距離が近くなり、電気的な配線を最短距離にすることが出来るので、寄生容量が最小限に抑えられ、安定した発振を継続出来る。
【００５２】
９ａ〜９ｅは、パッケージ２の裏面２ａに形成される外部電極であり、図示しない配線によって集積回路２０と接続され、外部より電源の供給を受け、また出力信号などを外部に出力する。ここで、外部電極９ａ〜９ｅの配線接続は、一例として、外部電極９ａが電源ＶＤＤ、外部電極９ｂが後述する角速度検出出力ＶＯＵＴ、外部電極９ｃが後述するＴ１端子、外部電極９ｅが電源ＶＳＳとなる。また、他の外部電極は製造上で使用されるものであり、ここでは省略する。
【００５３】
尚、本実施形態の振動型ジャイロセンサ１は表面実装タイプであり、この外部電極９ａ〜９ｅによって装置の基板等（図示せず）に半田等によって直接実装されが、本発明は表面実装タイプには限定されず、リードタイプ等でも良い。
【００５４】
次に図３（ａ）及び（ｂ）に基づいて本発明の振動型ジャイロセンサに搭載される水晶振動子の構成を説明する。図３（ａ）は水晶振動子１０の外観の一例であり、この水晶振動子１０は共振周波数が数十ＫＨｚの三脚音叉振動子である。この水晶振動子１０は、支持部１１と振動部１２によって構成され、支持部１１はパッケージ２の基台５に固着される部分であり、水晶振動子１０の全体を支持する。また、支持部１１には複数の電極端子１８が形成されており、前述した如くワイヤ７によってパッケージ２のセンサ電極６ａと電気的に接続される（図１（ａ）参照）。
【００５５】
また、振動部１２は２本の駆動脚１３、１４と１本の検出脚１５を有している。ここで、駆動脚１３、１４は集積回路２０によって駆動され、固有の周波数（数十キロＨｚ）で発振を継続する。また、検出脚１５は角速度ωに比例した信号を発生し出力する。尚、本実施形態での水晶振動子１０は、三脚音叉振動子として示しているが、この構造に限定されず、例えば、二脚の音叉型振動子でも良い。
【００５６】
次に図３（ｂ）に基づいて水晶振動子１０の電極構造の一例を説明する。図３（ｂ）において、駆動脚１３、１４には対となる駆動電極１６ａ、１６ｂが形成されており、駆動電極１６ａは、駆動脚１３の対向する２面と、駆動脚１４の対向する２面に形成される。
また、駆動電極１６ｂは、駆動脚１３の対向する他の２面と、駆動脚１４の対向する他の２面に形成される。
【００５７】
また、検出脚１５には対となる検出電極１７ａ、１７ｂが形成されており、検出電極１７ａは、検出脚１５の対向する面の一部に形成され、検出電極１７ｂは、検出脚１５の対向する面の他の一部に形成される。そして、駆動電極１６ａ、１６ｂ、及び検出電極１７ａ、１７ｂは、図３（ａ）で示した電極端子１８を介して外部に接続される。
【００５８】
次に図４に基づいて本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの電気的な構成を説明する。図４において、本実施形態の振動型ジャイロセンサ１は、主に水晶振動子１０と集積回路２０によって構成される。また、集積回路２０の内部は、水晶振動子１０を駆動し発振を継続する発振回路２１と、角速度を検出する検出回路２２によって構成される。
【００５９】
ここで、集積回路２０の発振回路２１は、水晶振動子１０の一方の駆動電極１６ａから出力される出力電流Ｉｃｔを入力して内部で増幅し、出力電圧Ｖｃｔを出力して水晶振動子１０の駆動電極１６ｂに供給して水晶振動子１０を駆動し、これにより、水晶振動子１０は、数十ＫＨｚの発振を安定して継続する。また、発振回路２１は内部に移相回路（図示せず）を有しており、出力電流ＩｃｔをＩ／Ｖ変換した信号の位相調整を行い、検波制御信号Ｖ１を出力する。
【００６０】
次に、集積回路２０の検出回路２２の構成を説明する。検出回路２２の内部にある２３ａと２３ｂは二つのＩ／Ｖ変換回路であり、それぞれ水晶振動子１０の検出電極１７ａ、１７ｂに接続され、センサ電流Ｉ３、Ｉ４を入力してセンサ電圧Ｖ２、Ｖ３を出力する。このＩ／Ｖ変換回路２３ａには、フィードバック抵抗Ｒ１が接続され、また、Ｉ／Ｖ変換回路２３ｂには、フィードバック抵抗Ｒ２が接続される。
【００６１】
２４は差動増幅回路であり、Ｉ／Ｖ変換回路２３ａ、２３ｂからのセンサ電圧Ｖ２、Ｖ３を入力して差動出力Ｖ４を出力する。２５はＡＣアンプであり、差動出力Ｖ４を増幅して交流信号の検出電圧Ｖ５を出力する。この検出電圧Ｖ５はパッケージ２の外部電極９ｃからＴ１端子として出力される。
【００６２】
２６は同期検波回路であり、検出電圧Ｖ５を入力して発振回路２１からの検波制御信号Ｖ１に基づいて同期検波を行い、検波出力Ｖ６を出力する。２７ａと２７ｂは二つのローパスフィルタ（以下ＬＰＦと略す）であり、ＬＰＦ２７ａにはコンデンサＣ１が接続され、ＬＰＦ２７ｂにはコンデンサＣ２が接続される。この二つのコンデンサＣ１、Ｃ２はＬＰＦ２７ａ、２７ｂの周波数特性を決定する。
【００６３】
また、二つのＬＰＦ２７ａ、２７ｂの間にはＤＣアンプ２８が接続され、これにより、検波出力Ｖ６は二つのＬＰＦ２７ａ、２７ｂとＤＣアンプ２８によって増幅及び直流化され、角速度検出出力ＶＯＵＴを出力する。
【００６４】
ここで、本発明の振動型ジャイロセンサは、集積回路２０の内部で構成されるフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２、又はコンデンサＣ１、Ｃ２などを選択又は調整するために、チップ部品３０として外付け部品とし、第２凹部４に収容することが特徴である。
【００６５】
次に、図４に基づいて振動型ジャイロセンサ１の概略動作を説明する。ここで、水晶振動子１０がある角速度で回転されたとすると、コリオリの力による応力によって水晶振動子１０は、図３（ｂ）で示すＺ方向に駆動周波数に等しい周波数で振動が励起され、この振動によって検出脚１５に形成された検出電極１７ａ、１７ｂに圧電歪効果による電荷が
発生する。なお、駆動周波数とは駆動脚が発振している時の周波数を意味する。
【００６６】
この発生した電荷により、検出電極１７ａ、１７ｂに微小な逆相の電流であるセンサ電流Ｉ３、Ｉ４が流れる。検出回路２２のＩ／Ｖ変換回路２３ａ、２３ｂは、このセンサ電流Ｉ３、Ｉ４をそれぞれ電流電圧変換し、差動増幅回路２４は、センサ電圧Ｖ２、Ｖ３の差分を増幅して差動出力Ｖ４を出力する。
【００６７】
また、同期検波回路２６は、ＡＣアンプ２５によって増幅された検出電圧Ｖ５を入力し、発振回路２１から出力される検波制御信号Ｖ１のタイミングに合わせて効率良く同期検波を行い、検波出力Ｖ６を出力する。ＬＰＦ２７ａ、２７ｂとＤＣアンプ２８は、検波出力Ｖ６の交流成分をカットして直流分を増幅し、コリオリの力に応じた直流信号である角速度検出出力ＶＯＵＴを出力する。
【００６８】
ここで、水晶振動子１０及び集積回路２０は、前述した如く、パッケージ２の第１凹部３に収容され、蓋体８によって気密封止されるが、蓋体８は金属であるために水晶振動子１０と集積回路２０周辺の浮遊容量が微妙に変化し、水晶振動子１０や集積回路２０の特性が変化してしまう。
【００６９】
また、蓋体８を取り付けるときに蓋体８を封止する金スズなどの封止部材から僅かなガスが発生し、このガスによっても気密封止後の水晶振動子１０の特性が変化する可能性がある。このため、気密封止前に水晶振動子１０及び集積回路２０を最適な検出特性となるように調整したとしても、気密封止後では検出特性が変化し、検出精度の低下は避けられない。
【００７０】
しかし、本発明の振動型ジャイロセンサ１は、水晶振動子１０及び集積回路２０が収容される第１凹部３とは別に第２凹部４を備えている。このため、水晶振動子１０及び集積回路２０を第１凹部３に収容し気密封止後に、この第２凹部４に収容するチップ部品３０を選定し実装することで水晶振動子１０及び集積回路２０の特性変化幅を縮小することが出来る。
【００７１】
一例として、振動型ジャイロセンサ１を回転が印加されない静止状態で動作させ、Ｔ１端子からの検出電圧Ｖ５を計測して漏れ信号の大きさ（機械的な漏れ振動及び電気的な漏れ振動）を把握し、その値からフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２の値を選定し第２凹部４に収容する。これは、検出精度を高めるためにフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２の値は出来るだけ大きな値を取りたいが、漏れ信号が大きいと後段のアンプが飽和してしまうので、適切な調整が必要となるからである。
【００７２】
すなわち、水晶振動子１０及び集積回路２０を気密封止すると、水晶振動子１０及び集積回路２０は前述した要因により特性が変化し、漏れ信号の大きさが変化するので、気密封止後にフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２を適切な値に選定することによって、角速度の検出精度を向上させ信頼性の高い振動型ジャイロセンサを実現することが出来る。
【００７３】
尚、Ｔ１端子からの検出電圧Ｖ５の値が小さければフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を大きくし（増幅率大）、逆に検出電圧Ｖ５の値が大きければフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を小さく（増幅率小）する選定を行う。
【００７４】
また他の例として、振動型ジャイロセンサ１を回転が印加されない静止状態で動作させ、Ｔ１端子からの検出電圧Ｖ５を計測して漏れ信号の大きさ（機械的な漏れ振動及び電気的な漏れ振動）を把握し、その漏れ信号が出来るだけ小さくなるようにフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を個別に選定し第２凹部４に収容する。
【００７５】
これは、水晶振動子１０及び集積回路２０を気密封止すると、前述した如く、水晶振動子１０及び集積回路２０は特性が変化し、センサ電流Ｉ３、Ｉ４のバランスが崩れて漏れ信号の大きさが変動するので、気密封止後にフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ個別に選定することで漏れ信号を小さくし、角速度の検出精度を向上させることが出来る。
【００７６】
更に他の例として、振動型ジャイロセンサ１を動作させてＬＰＦ２７ａ、ＬＰＦ２７ｂの出力である角速度検出出力ＶＯＵＴの周波数特性を計測し、仕様を満たす周波数特性になるようにＬＰＦ２７ａ、ＬＰＦ２７ｂの二つのコンデンサＣ１、Ｃ２を選定し第２凹部４に収容する。
【００７７】
これは、水晶振動子１０及び集積回路２０を気密封止すると、前述した如く、水晶振動子１０及び集積回路２０は特性が変化し、これにより集積回路２０の周波数特性も変化するので、気密封止後にコンデンサＣ１、Ｃ２を選定することで、周波数特性に優れた振動型ジャイロセンサを実現することが出来る。
【００７８】
また、前述の例のようにフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２やコンデンサＣ１、Ｃ２を選定し第２凹部４に収容後、更に微調整をするためにレーザートリミングなどの手法で、トリミング調整を行っても良い。これにより、水晶振動子１０及び集積回路２０の特性変化をきめ細かく調整でき、検出精度に優れた信頼性の高い振動型ジャイロセンサを実現することが出来る。
【００７９】
また、チップ部品３０を第２凹部４に収容後、振動型ジャイロセンサが経時変化やその他の要因で特性が変化した場合は、新たにチップ部品３０を選定し、特性変化に対応したチップ部品３０に交換しても良い。これにより、振動型ジャイロセンサを廃棄せず、修理／再生させることが可能となる。
【００８０】
尚、第２凹部４に収容されるチップ部品３０は、フィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２とコンデンサＣ１、Ｃ２の両方でも良く、その収容するチップ部品３０の組み合わせと数は任意で良い。また、フィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２の一部を集積回路２０の内部に設け、その内蔵のフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２に対して並列、又は直列に接続される抵抗を第２凹部４に収容する形態でも良い。この形態は、コンデンサＣ１、Ｃ２に対しても同様に適応出来る。
【００８１】
また、第２凹部４に収容されるチップ部品３０は、図示しないが発振回路２１に内蔵される抵抗やコンデンサでも良い。すなわち、発振回路２１のこれらの抵抗やコンデンサは、発振の位相調整などの機能を有し、発振の安定性や温度特性を調整出来るので、これらの抵抗やコンデンサを外付け部品として選定し第２凹部４に収容することで、安定性に優れ温度特性が良好な発振回路を実現することが出来る。
【００８２】
次に、図５（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）に基づいて、本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの製造工程の一例を説明する。図５（ａ）は、振動型ジャイロセンサ１のパッケージ製造工程を示し、パッケージ２は第１凹部３と第２凹部４が形成される。ここで、前述した如く、第２凹部４はパッケージ２の厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部３と重なり、また更に、第２凹部４はパッケージ２の厚み方向に直交する方向から見て少なくともその一部が第１凹部３と重なるように形成されている。
【００８３】
次に図５（ｂ）は集積回路固着工程を示し、集積回路２０は、パッケージ２の第１凹部３の底面３ａより更に１段低くなった集積回路固着部３ｂに矢印で示すように導電性接着剤（図示せず）などによって固着され、ワイヤボンディングによって実装される。尚、実
装方法は限定されず、例えば、フリップチップボンディングなどでも良い。
【００８４】
次に図５（ｃ）は水晶振動子固着工程を示し、水晶振動子１０は、パッケージ２の第１凹部３の基台５の固着部５ｂに矢印で示すように固着され収容される。ここで、水晶振動子１０と先に固着された集積回路２０とは、平面的に重なっているが、前述した如く、集積回路２０は第１凹部３の底面３ａより１段低くなった集積回路固着部３ｂに固着されているので、水晶振動子１０と集積回路２０が接触することは無い。
【００８５】
次に図６（ａ）は気密封止する封止工程を示し、真空に近い環境でパッケージ２の第１凹部３は金スズなどによって蓋体８が固着され封止される。この封止工程により、第１凹部３に収容された水晶振動子１０と集積回路２０は気密封止される。
【００８６】
次に図６（ｂ）はチップ部品固着工程を示す。この工程において、気密封止された水晶振動子１０と集積回路２０を回転が印加されない静止状態で動作させ、その動作状態を集積回路２０からのＴ１端子（検出電圧Ｖ５）、又は角速度検出出力ＶＯＵＴを計測する。そして、その計測情報に基づいてチップ部品３０を選定し、矢印で示すように半田（図示せず）等によって第２凹部４に固着して収容し、振動型ジャイロセンサ１が完成する。
【００８７】
また、第２凹部４に収容されたチップ部品３０は、計測情報に基づいてトリミング調整するなどの工程を追加しても良い。尚、第２凹部４は、チップ部品固着工程後に樹脂部材などによって封止することが好ましい。
【００８８】
以上のように、本発明の振動型ジャイロセンサは、パッケージ２に第１凹部３と第２凹部４とを有し、第１凹部３には水晶振動子１０と集積回路２０が収容され、第２凹部４にはチップ部品３０が収容される。したがって、第１凹部３の気密封止後に水晶振動子１０又は集積回路２０に特性変化が生じても、第２凹部４に収容するチップ部品３０を選定、及び調整などの作業工程を行うことにより、その特性変化幅を縮小し、検出精度に優れた信頼性の高い振動型ジャイロセンサを提供することが出来る。
【００８９】
また、第２凹部４はパッケージ２の厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部３と重なり、また更に、第２凹部４はパッケージ２の厚み方向に直交する方向から見て少なくともその一部が第１凹部３と重なるように形成されているので、パッケージ２のスペース効率が向上し、パッケージ２の全体サイズを小型薄型にすることが出来る。
【００９０】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図７（ａ）と（ｂ）、及び図８に基づいて説明する。ここで、図７（ｂ）は図７（ａ）で示す切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。この第２の実施形態の特徴は、集積回路を収容する第３凹部を有することである。尚、第１の実施形態と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。ここで、４０は本発明の第２の実施形態の物理量センサとしての角速度を検出する振動型ジャイロセンサである。
【００９１】
４１はセラミック材などによって形成される略直方体形状のパッケージであり、第１凹部４２と第２凹部４３と第３凹部４４を有している。
【００９２】
第１凹部４２は、パッケージ４１の上面の内部に外周付近まで大きく形成され、また、第２凹部４３は、パッケージ４１の裏面４１ａに比較的小さなスペースで形成され、また、第３凹部４４はパッケージ４１の裏面４１ａに第２凹部４３より大きく形成される。この第３凹部４４は、パッケージ４１の厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部４２と重なると共に、パッケージ４１の厚み方向に直交する方向から見て（すなわち、図７（ｂ）において図面の右側、又は左側から見て）第２凹部４３と重なるように形成されている
。
【００９３】
また、水晶振動子１０は第１の実施形態と同様に基台５に固着され、第１凹部４２の内部に収容されて複数のワイヤ７によってセンサ電極６ａと電気的に接続される。この第１凹部４２は、水晶振動子１０が収容された後、蓋体８によって封止され、水晶振動子１０は気密封止される。また、チップ部品３０は第１の実施形態と同様に第２凹部４３の底面に固着され収容される。
【００９４】
また、集積回路２０は第３凹部４４の底面に固着され、第３凹部４４の内部に収容される。そして集積回路２０は、複数のワイヤ７によるワイヤボンディングによってＩＣ電極６ｂと電気的に接続される。また、集積回路２０はワイヤボンディング後、耐候性向上のために樹脂４５によって樹脂封止が行われる。
【００９５】
また、９ａ〜９ｅは、第１の実施形態と同様にパッケージ４１の裏面４１ａに形成される外部電極であり、図示しない配線によって集積回路２０と接続されるが、配線接続は第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。
【００９６】
尚、第２の実施形態の回路構成は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。ここで、水晶振動子１０は、前述した如く、パッケージ４１の第１凹部４２に収容され、蓋体８によって気密封止されるが、蓋体８は金属であるために水晶振動子１０周辺の浮遊容量が微妙に変化し、水晶振動子１０の発振特性が変化してしまう。また、蓋体８を取り付けるときに蓋体８を封止する金スズなどの封止部材から僅かなガスが発生し、このガスによっても気密封止後の水晶振動子１０の発振特性が変化する可能性がある。
【００９７】
また、第３凹部４４に収容される集積回路２０は、耐候性向上のために熱硬化型の樹脂４５で封止されるが、封止による過熱や微妙な浮遊容量の変化によって集積回路２０の特性に変化が生じる。
【００９８】
しかし、本発明の第２の実施形態である振動型ジャイロセンサ４０は、水晶振動子１０と集積回路２０が収容される第１凹部４２と第３凹部４４とは別に第２凹部４３を備えており、この第２凹部４３にチップ部品３０を実装し収容することが出来る。
【００９９】
これにより、水晶振動子１０を気密封止し、また、集積回路２０を樹脂封止した後、第１の実施形態で前述したように、振動型ジャイロセンサ４０を回転が印加されない静止状態で動作させ、Ｔ１端子からの検出電圧Ｖ５、又は角速度検出出力ＶＯＵＴを計測する。そして、この計測情報に基づいてフィードバック抵抗Ｒ１、Ｒ２、又は、コンデンサＣ１、Ｃ２などを選定し、第２凹部４３に実装し収容する。
【０１００】
この結果、水晶振動子１０及び集積回路２０が封止後に特性変化が生じたとしても、第２凹部４３に収容されるチップ部品３０を封止後に選定することが出来るので、水晶振動子１０や集積回路２０の特性変化に応じた調整が可能となり、角速度の検出精度に優れた信頼性の高い振動型ジャイロセンサを実現することが出来る。
【０１０１】
また、第３凹部４４は、パッケージ４１の厚み方向から見て少なくとも一部が第１凹部４２と重なると共に、パッケージ４１の厚み方向に直交する方向から見て第２凹部４３と重なるように形成されているので、パッケージ４１内部のスペース効率が向上し、パッケージ４１の厚みが薄くなり小型薄型の振動型ジャイロセンサを実現出来る。
【０１０２】
尚、本発明の実施形態は、物理量センサとして水晶振動子による振動型ジャイロセンサを想定して示したが、これに限定されるものではなく、本発明はセラミック圧電素子ジャ
イロセンサや他の方式のジャイロセンサにも適応することが出来る。また、本発明はジャイロセンサだけでなく、例えば、加速度センサや方位センサなどの様々なセンサに適応することが出来る。
【０１０３】
また、センサだけではなく、水晶振動子を用いた発振器などにも容易に応用することが可能である。尚、本発明の実施形態で示した構成図やブロック図等は限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの上面図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの下面図である。
【図３】（ａ）は本発明の振動型ジャイロセンサに収容される水晶振動子の正面図であり、（ｂ）は本発明の振動型ジャイロセンサに収容される水晶振動子の電極構造を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの回路ブロック図である。
【図５】（ａ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサのパッケージ製造工程を示す説明図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの集積回路固着工程を示す説明図である。（ｃ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの水晶振動子固着工程を示す説明図である。
【図６】（ａ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサの蓋体による封止工程を示す説明図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態の振動型ジャイロセンサのチップ部品固着工程を示す説明図である。
【図７】（ａ）は本発明の第２の実施形態の振動型ジャイロセンサの上面図であり、（ｂ）は本発明の第２の実施形態の振動型ジャイロセンサの断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の振動型ジャイロセンサの下面図である。
【図９】（ａ）は従来の角速度センサの断面図であり、（ｂ）は従来の角速度センサの上面図である。
【図１０】従来の発振器の断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１、４０  振動型ジャイロセンサ
２、４１  パッケージ
２ａ、４１ａ  裏面
３、４２  第１凹部
３ａ  底面
４、４３  第２凹部
５  基台
５ａ  段差部
５ｂ  固着部
６ａ  センサ電極
６ｂ  ＩＣ電極
７  ワイヤ
８  蓋体
９ａ〜９ｅ  外部電極
１０  水晶振動子
１１  支持部
１２  振動部
１３、１４  駆動脚
１５  検出脚
１６ａ、１６ｂ  駆動電極
１７ａ、１７ｂ  検出電極
１８  電極端子
２０  集積回路
２１  発振回路
２２  検出回路
２３ａ、２３ｂ  Ｉ／Ｖ変換回路
２４  差動増幅回路
２５  ＡＣアンプ
２６  同期検波回路
２７ａ、２７ｂ  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２８  ＤＣアンプ
３０  チップ部品
４４  第３凹部
４５  樹脂
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２  フィードバック抵抗
Ｉ３、Ｉ４  センサ電流
Ｉｃｔ  出力電流
Ｖｃｔ  出力電圧
Ｖ１  検波制御信号
Ｖ２、Ｖ３  センサ電圧
Ｖ４  差動出力
Ｖ５  検出電圧
Ｖ６  検波出力
ＶＯＵＴ  角速度検出出力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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